موضوع مقاله: تست شفق قطبی | مخاطب: عمومی | لحن: دانشنامه‌ای | ساختار: عنوان، مقدمه، 3 بخش، جمع‌بندی | مقاله: | # تست شفق قطبی | مقدمه: این آزمایش از یک برنامه کامپیوتری برای باز کردن و بستن سریع قطع کننده های مدار ژنراتور دیزلی خارج از فاز از بقیه شبکه استفاده کرد، در نتیجه موتور را در معرض گشتاورهای غیرعادی قرار داد و در نهایت باعث انفجار آن شد. | ## بخش 1: تست شفق قطبی | این آسیب پذیری بطور ویژه نگران کننده است زیرا اکثر تجهیزات شبکه از Modbus و دیگر پروتکل های ارتباطی قدیمی پشتیبانی می کنند که بدون در نظر گرفتن موارد امنیتی طراحی شده اند. به این ترتیب، آنها از احراز هویت ، محرمانه بودن ، یا محافظت از پخش مجدد پشتیبانی نمی کنند. این بدان معناست که هر مهاجمی که بتواند با دستگاه، ارتباط برقرار کند، می تواند آن را کنترل کند و از آسیب پذیری شفق قطبی برای از بین بردن آن استفاده کند. آزمایش کنید برای آماده شدن برای آزمایش، محققان یک ژنراتور 2.25 مگاواتی (3000 اسب بخاری) تهیه و نصب کردند و آن را به ایستگاه وصل کردند. آنها همچنین به یک رله دیجیتال قابل برنامه ریزی یا دستگاه دیگری که قادر به کنترل بریکر باشد نیاز داشتند. اگرچه چنین دسترسی می تواند از طریق یک رابط مکانیکی یا دیجیتال باشد، در این مورد دومی مورد استفاده قرار گرفت. یک واحد ژنراتور از یک موتور دیزل تشکیل شده است که به طور مکانیکی به یک دینام متصل است. در بسیاری از محیط‌های تجاری-صنعتی، چندین ژنراتور باید در کنار هم کار کنند تا توان بار مورد نظر را تامین کنند. ژنراتوری که به طور معمول کار می کند با شبکه برق یا با یک یا چند ژنراتور اضافی همگام می شود (برای مثال در یک شبکه برق مستقل "جزیره ای" که ممکن است در یک مکان دورافتاده یا برای برق پشتیبان اضطراری استفاده شود). هنگامی که ژنراتورها به طور همزمان کار می کنند، دینام های آنها به طور موثر به صورت مغناطیسی به هم قفل می شوند. در آزمایش شفق قطبی، محققان از یک حمله سایبری برای باز و بسته کردن بریکرها استفاده کردند تا عمدا استرس را به حداکثر برسانند. هر بار که بریکرها بسته می شدند، گشتاور ایجاد شده در دینام (در نتیجه اتصال خارج از سنکرون است) باعث می شد که کل ژنراتور جهش و تکان بخورد. ژنراتور مورد استفاده در آزمایش مجهز به یک کوپلینگ دوار لاستیکی ارتجاعی بود (که بین موتور دیزل و دینام قرار دارد، بنابراین به طور غیر مستقیم میل لنگ فولادی موتور را به محور فولادی دینام متصل می کند). در طی مراحل اولیه حمله، قطعات لاستیکی سیاه رنگ با تخریب تدریجی کوپلینگ چرخان به بیرون پرتاب شدند (در نتیجه گشتاورهای بسیار غیرعادی ناشی از دینام خارج از سنکرون شدن روی میل لنگ موتور دیزل اعمال شد). کوپلینگ لاستیکی دوار به زودی کاملاً از بین رفت، در نتیجه خود موتور دیزل به سرعت پاره شد و قطعات به پرواز درآمدند. | ## بخش 2: تست شفق قطبی | علاوه بر آسیب مکانیکی گسترده و آشکار به خود موتور دیزل، شواهدی از گرم شدن بیش از حد دینام بعداً (پس از جداسازی بعدی واحد) مشاهده شد. با این حال، این فرآیند تنها سه دقیقه طول کشید زیرا محققان آسیب های ناشی از هر تکرار حمله را ارزیابی کردند. به عنوان مثال، ژنراتوری که بدون کوپلینگ لاستیکی دوار بین موتور دیزل و دینام ساخته شده است، با توجه به عدم وجود مواد ضربه‌گیر بین این دو جزء دوار، بلافاصله نیروهای غیرعادی تخریب‌کننده میل لنگ را در موتور دیزل خود تجربه می‌کند. یک واحد ژنراتور که به این روش مونتاژ شده باشد، می تواند موتور دیزل خود را با یک اتصال غیر سنکرون دینام خراب کند. در 27 سپتامبر 2007، CNN مقاله ای را بر اساس اطلاعات و ویدئویی که DHS برای آنها منتشر کرده، منتشر کرد، و در 3 ژوئیه 2014، DHS بسیاری از اسناد مربوط به آزمایش را به عنوان بخشی از یک درخواست نامربوط FOIA منتشر کرد. آسیب پذیری آسیب‌پذیری شفق قطبی (Aurora) به دلیل بسته شدن غیرهمگام رله‌های محافظ ایجاد می‌شود. یک تشبیه نزدیک، اما ناقص، این است که تصور کنیم تأثیر تغییر دنده خودرو به عقب در حالی که در بزرگراه در حال رانندگی است، یا تأثیر بالا بردن دور موتور در حالی که خودرو در حالت ایست و سپس انتقال آن به حرکت است. حمله شفق قطبی برای باز کردن یک قطع کننده مدار، منتظر خارج شدن سیستم یا ژنراتور از هماهنگی و بستن مجدد قطع کننده طراحی شده است، همه اینها قبل از اینکه سیستم حفاظتی حمله را شناسایی کرده و به آن پاسخ دهد. عناصر حفاظتی سنتی ژنراتور معمولاً فعال می شوند و بسته شدن مجدد بلوک در حدود 15 چرخه. متغیرهای زیادی بر این زمان تأثیر می‌گذارند، و هر سیستمی نیاز به تجزیه و تحلیل دارد تا آسیب‌پذیری خاص آن در برابر حمله شفق قطبی مشخص شود. علاوه بر این، حتی اگر هیچ قطعی از حذف یک قطعه وجود نداشته باشد.(N-1 resilience) یک پنجره بزرگ برای حمله یا شکست دوم وجود دارد، زیرا ممکن است جایگزینی ژنراتور تخریب شده بیش از یک سال طول بکشد، زیرا بسیاری از ژنراتورها و ترانسفورماتورها به صورت سفارشی ساخته می شوند. کاهش دهنده ها آسیب پذیری شفق قطبی را می توان با جلوگیری از باز و بسته شدن خارج از فاز بریکرها کاهش داد. برخی از روش‌های پیشنهادی شامل افزودن قابلیت در رله‌های محافظ برای اطمینان از همزمانی و اضافه کردن یک تاخیر زمانی برای بستن بریکرها است. یکی از تکنیک های کاهش، افزودن یک تابع بررسی همزمانی به تمام رله های حفاظتی است که به طور بالقوه دو سیستم را به هم متصل می کند. برای اجرای این تابع باید از بسته شدن رله جلوگیری کرد، مگر اینکه ولتاژ و فرکانس در محدوده از پیش تنظیم شده باشد. | ## بخش 3: تست شفق قطبی | موتورهای دیزلی همچنین می توانند به حسگرهای مستقلی مجهز شوند که علائم لرزش غیرعادی را تشخیص می دهند. این امکان وجود دارد که چنین حسگری را طراحی کنند تا بلافاصله پس از تشخیص یک حرکت بزرگ از الگوی ارتعاش یک موتور معمولی، باعث خاموش شدن کامل ژنراتور شود. با این حال، آسیب ناشی از آن یک گردش ممکن است از قبل قابل توجه باشد، به ویژه اگر یک جفت لاستیک انعطاف پذیر بین موتور و دینام وجود نداشته باشد. موتورهای دیزلی همچنین می توانند به حسگرهای مستقلی مجهز شوند که علائم لرزش غیرعادی را تشخیص می دهند. این امکان وجود دارد که چنین حسگری را طراحی کنند تا بلافاصله پس از تشخیص یک حرکت بزرگ از الگوی ارتعاش یک موتور معمولی، باعث خاموش شدن کامل ژنراتور شود. با این حال، آسیب ناشی از آن یک گردش ممکن است از قبل قابل توجه باشد، به ویژه اگر یک جفت لاستیک انعطاف پذیر بین موتور و دینام وجود نداشته باشد. انتقادات در مورد اینکه آیا دستگاه های کاهش سخت افزار شفق قطبی (HMD) می توانند باعث خرابی های دیگر شوند، بحث هایی وجود داشت. به نقل از: "رله‌ها تحت دسته‌های آزمایشی مختلفی قرار گرفتند تا مشخص شود که آیا عملکرد آنها در زمان نیاز به کارکرد قابل اعتماد است یا خیر، و در پاسخ به حالت های ناپایدار (transients) معمولی سیستم قدرت مانند خطاها، نوسان برق و سوئیچ بار ایمن است یا خیر... به طور کلی، کاستی‌های فنی در طراحی طرح حفاظت وجود دارد که با استفاده از نتایج آزمایش هم زمان شناسایی و مستندسازی شد.تست RTDS نشان داد که هنوز راه‌ حل واحدی وجود ندارد که بتواند به طور گسترده در هر موردی اعمال شود و بتواند قابلیت اطمینان مورد نیاز را ارائه دهد. وی نوشت: "این گزارش با بیان اینکه دستگاه های کاهش شفق قطبی باعث ایجاد مشکلات شبکه می شوند، آسیب زیادی وارد کرده است. چندین شرکت آب و برق از گزارش Quanta به عنوان مبنایی برای نصب نکردن هیچ دستگاه کاهش شفق قطبی استفاده کرده اند. آنها شامل اعمال شرایط اولیه می‌شوند که کاهش سخت‌ افزاری برای رفع آن‌ها طراحی نشده است، مانند خطاهای در حال توسعه آهسته تر یا فرکانس‌ های اسمی شبکه. حفاظت موجود، خطاهای در حال توسعه «آهسته‌ تر» و فرکانس‌های اسمی شبکه را برطرف می‌کند (<59 Hz یا >61 Hz). دستگاه‌های کاهش‌ دهنده سخت‌افزاری شفق قطبی برای خطا های بسیار سریع شرایط خارج از فاز هستند که در حال حاضر شکاف‌ هایی در حفاظت (یعنی توسط هیچ دستگاه دیگری محافظت نمی‌شوند) از شبکه وجود دارد." جدول زمانی در 4 مارس 2007، آزمایشگاه ملی آیداهو آسیب پذیری شفق قطبی را نشان داد. در 27 سپتامبر 2007، CNN یک ویدیوی نمایشی طبقه بندی شده قبلی از حمله شفق قطبی را در صفحه اصلی خود منتشر کرد. | ## جمع‌بندی | در 3 ژوئیه 2014، وزارت امنیت داخلی ایالات متحده 840 صفحه از اسناد مربوط به Aurora را منتشر کرد.