امنیت سایبری در شبکه هوشمند: تهدیدها و راه حل های بالقوه

محمدجواد برزگراستانجیندانشجوی رشته IT دانشکده شمسی پورچکیدهشبکه هوشمند یکی از مهمترین کاربردهای اینترنت اشیا (IOT) است. با توسعه و بکارگیری فناوری های اطلاعاتی و ارتباطی (ICT) در سیستم های قدرت سنتی، بهبود سیستمهای فیزیکی-سایبری شبکه هوشمند (CPS) نیز افزایش می یابد. سیستم های شبکه هوشمند مبتنی بر اینترنت اشیا زیرساخت های حیاتی هستند، همچنین دارای معماری پیچیده ای هستند و شامل دستگاه های حیاتی هستند. این سیستم ها حاوی سیستم های ارتباطی هستند که می توانند منجر به نقصان امنیت ملی، بر هم خوردن نظم عمومی، از بین رفتن زندگی یا خسارت اقتصادی در مقیاس وسیع در هنگام از بین رفتن رازداری، صداقت یا در دسترس بودن ارتباطات شوند. این سیستم های عظیم ممکن است در برابر حملات سایبری آسیب پذیر باشند. بنابراین، تلاش زیادی برای افزایش امنیت شبکه هوشمند در صنعت، دولت و دانشگاه وجود دارد. رویکردهای امنیتی برای بهبود راه حل ها در برابر حملات سایبری در برنامه های شبکه هوشمند مهم هستند. در این مقاله، تهدیدها و راه حل های بالقوه شبکه هوشمند (IOT based) مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفته است. ما بر انواع حمله سایبری تمرکز کرده و عمیق ترین حالت امنیت سایبری شبکه هوشمند را ارائه می دهیم. به ویژه ، ما در بحث و بررسی آسیب پذیری های شبکه، اقدامات متقابل حمله و الزامات امنیتی متمرکز هستیم. هدف ما ارائه درک عمیق از آسیب پذیری ها و راه حل های امنیت سایبری و ارائه راهنمایی در مورد تحقیقات آینده برای امنیت سایبری در برنامه های شبکه هوشمند است.مقدمهاینترنت اشیا انقلابی در اینترنت و ارتباطات ماشین به ماشین (M2M) است. اینترنت اشیا به معنای اتصال دستگاه های مختلف از طریق اینترنت یا راه حل های مبتنی بر IP است. 28.5 میلیارد دستگاه شبکه تا سال 2022 وجود خواهد داشت. دستگاه می تواند هر چیزی مانند یخچال، سنسور، تهویه هوا، تلفن همراه، ماشین، رایانه شخصی، لپ تاپ باشد. دستگاه ها از قبل می توانند از طریق راه حل های غیر IP در مقیاس کوچک متصل شوند. اینترنت اشیا با هدف اتصال انواع دستگاه ها از طریق راه حل های مبتنی بر IP در مقیاس بزرگ نیز انجام می شود. در یک شبکه اینترنت اشیا، دستگاه ها می توانند مستقیماً یا از طریق دروازه ای توسط آدرس های IP از طریق اینترنت ارتباط برقرار کنند. بسیاری از برنامه های اینترنت اشیا مانند حمل و نقل هوشمند، نظارت بر آلودگی، شهرهای هوشمند، ساختمان های هوشمند، مراقبت های بهداشتی متصل وجود دارد. بزرگترین کاربرد اینترنت اشیا شبکه هوشمند است. دارای دو خط به نام های خط برق و خط ارتباطی است. خط ارتباطی از نظر ارتباط بین المللی بسیار مهم است.یک سیستم شبکه هوشمند، از تولید انرژی تا مصرف کننده، به دستگاه های هوشمند دو جهته مانند سنسورها، محرک ها و کنتورهای هوشمند مجهز است. این امکان را فراهم می کند تا تعادل، نظارت و کنترل در زمان واقعی، در هر مکان و هر زمان با دانه دانه و دقت بالا فراهم شود.استفاده از برنامه های اینترنت اشیا برای سیستم های شبکه هوشمند بسیار راحت است اما به دلیل برخی آسیب پذیری ها ممکن است منجر به فاجعه شود. از آنجا که کنترل و نظارت بر روی پروتکل های مبتنی بر اینترنت و راه حل های عمومی، عمومی انجام می شود، شبکه هوشمند ممکن است برای مهاجمان به عنوان یک زیرساخت مهم بسیار جذاب باشد. به عنوان مثال، یک مهاجم می تواند با کاهش تعادل در زمان واقعی بین تولید و مصرف انرژی به دلیل جعل داده های ایجاد شده توسط وسایل، به دستگاه های الکتریکی حمله کند. به دلیل ماهیت حیاتی شبکه هوشمند، می تواند هدف اصلی تروریسم سایبری نیز باشد. بنابراین، بررسی گسترده مولفه ها و شناسایی آسیب پذیری های موجود و همه تهدیدهای احتمالی امنیت سایبری در زیرساخت شبکه هوشمند بسیار حیاتی است.همه سیستم ها باید برای اطمینان از امنیت طراحی شوند. این بدان معناست که اهداف اصلی امنیتی باید برآورده شوند. اهداف اصلی امنیتی محرمانه بودن، صداقت و در دسترس بودن سه گانه(CIA) است. شناسایی دقیق آسیب پذیری ها و انواع تهدیدات امنیت سایبری در شبکه هوشمند امکان توصیف اقدامات مقابله ای مناسب و مقابله با حملات سایبری را فراهم می کند. بنابراین، طبقه بندی های حمله را با توجه به سه گانه CIA و لایه های شبکه ارائه می دهیم. همچنین، ما در مورد چگونگی فعال کردن ارتباط شبکه هوشمند ایمن با برجسته کردن برخی از آخرین راه حل های مبتنی بر الگوی اینترنت اشیا بحث می کنیم. سپس وضعیت موجود موضوع و جاهای دیدنی آینده را خلاصه می کنیم. علاوه بر این، محققان ممکن است درک و روند تحقیقاتی درباره امنیت شبکه هوشمند در مطالعه داشته باشند.ادامه این مقاله به شرح زیر است. در بخش II ، پس زمینه شبکه هوشمند معرفی شده است. در بخش III، اصول امنیت سایبری شرح داده شده است. طبقه بندی تهدیدات و راه حل های امنیت سایبری در بخش IV ارائه شده است. در بخش V، چارچوب هایی برای تجزیه و تحلیل امنیت شبکه هوشمند بررسی شده است. دستورالعمل های تحقیق آینده در بخش VI ارائه شده است. در بخش VII کار به پایان می رسد.اول مشارکتهای اصلی مقالهبسیاری از محققان تلاش های زیادی را برای تقویت امنیت سایبری شبکه هوشمند با استفاده از تکنیک های متنوع انجام می دهند و همچنین مقالات زیادی در زمینه تحقیق، بررسی و منتشر شده است که نمای کلی از موضوعات گسترده امنیت سایبری در برنامه های شبکه هوشمند را ارائه می دهد. بیش از 20 مقاله به طور دقیق مورد بررسی قرار گرفته است که با توجه به محتوا و انواع حمله ذکر شده در جدول I ارائه شده است.شکل 1. فرایند انتقال برق شبکه هوشمند از تولید به مصرف کنندهبه طور کلی، مطالعات قبلی راه حل های کلی برای انواع حمله سایبری ارائه می دهد. در این مطالعه، انواع حملات در شبکه هوشمند و راه حل های امنیتی ارائه شده برای هر نوع حمله را ارائه می دهیم. امنیت سایبری در طراحی شبکه های اطلاعاتی از اهمیت اساسی برخوردار است. از آنجا که شبکه هوشمند شامل شبکه های بسیاری است، امنیت سایبری از اولویت بالایی برای طراحی شبکه هوشمند برخوردار است. بنابراین، اهداف ما ارائه یک مروری جامع، تجزیه و تحلیل و بررسی راه حل های امنیتی فعلی، طبقه بندی تهدیدات امنیت سایبری، کمک به امکان بکارگیری با عملکرد پیشرفته و ایمن و پیشنهاد رهنمودهای تحقیقاتی آینده برای روشنگری محققان جدید است. مشارکت عمده مقاله به شرح زیر است:1) ارائه یک پیش زمینه دقیق در شبکه هوشمند مبتنی بر اینترنت اشیا.2) توصیف اهداف و الزامات امنیت سایبری شبکه هوشمند.3) ارائه ارزیابی از حملات سایبری موجود با توجه به سه گانه سیا (CIA) و لایه های شبکه.4) پیشنهاد رویکردهای راه حل و چارچوب های تحلیلی برای کمک به برنامه ریزی استراتژی های دفاعی مناسب و تجزیه و تحلیل امنیت برنامه های شبکه هوشمند.5) ارائه مسائل تحقیقاتی باز و روندهای آینده که باید در هنگام بازسازی سیستم شبکه هوشمند یا ساخت سیستم جدید مورد توجه قرار گیرند.دوم سابقه و هدف در شبکه هوشمندبرنامه های شبکه هوشمند دارای چهار مرحله اصلی است که در شکل 1 نشان داده شده است. این مراحل تولید، انتقال، توزیع و مصرف است. انرژی انواع مختلفی دارد مانند انرژی زمین گرمایی، آب جاری، تابش خورشید، باد، نیروگاه های آبی، احتراق شیمیایی و شکافت هسته ای. فرآیند تولید برق از این نوع انرژی است. سیستم تولید انبوه از طریق سیستم انتقال دهنده ای که برق را به فواصل دور منتقل می کند، به سیستم توزیع متصل می شود. دامنه انتقال از طریق دامنه توزیع به دامنه مشتری متصل می شود که می تواند اتصال به سیستم های ذخیره سازی و منابع انرژی توزیع شده (DER) را نیز تأمین کند تا برق مورد نیاز مشتریان را تأمین کند.الف. ویژگی های شبکه هوشمندشبکه هوشمند زیرساخت پیچیده ای دارد، شامل بسیاری از DER ها، لوازم خانگی و امکانات است. امکان بهره برداری و نگهداری کارآمد و همچنین بهینه سازی استفاده از دارایی ها باعث کاهش مصرف برق و هزینه های سرمایه گذاری می شود. سیستم شبکه هوشمند یک بازار برق است که امکان تولید، ذخیره انرژی و جابجایی بار را برای مشتریان فراهم می کند. سیستم پاسخ تقاضا به تعادل بین بار و تقاضا کمک می کند و بنابراین کارایی مصرف برق افزایش می یابد. از طریق اطلاعات دو طرفه و جریان برق، مشتریان می توانند انرژی مازاد خود را به سیستم برق هنگامی که بخواهند بفروشند. از برنامه های شبکه هوشمند انتظار می رود که به دلیل نیازهای ارتباطی و مانیتورینگ در زمان واقعی، دارای جریان داده ای دوره ای باشند. مدل ارتباطی شبکه هوشمند باید به صورت بلادرنگ و دو طرفه باشد و بنابراین، اطلاعات مشتریان بهتر است. همچنین، تولید کننده و مصرف کننده وضوح قرائت مصرف برق را بدست می آورند. یعنی، در صورت عدم پرداخت این قبض، تولید کننده می تواند از راه دور از طریق اینترنت برق را قطع کند.عملیات شبکه هوشمند شامل مدیریت جریان الکتریکی است که انتقال مطمئن و اقتصادی برق را تضمین می کند. انجام این عملیات شامل فرآیندهای حفاظت، نظارت، تجزیه و تحلیل و کنترل است. یک سیستم شبکه هوشمند می تواند با استفاده از فناوری هایی مانند دستگاه های کنترل خودکار، تشخیص به موقع، سیستم های پیشرفته سنجش، مشکلات را خود بهبود بخشد. همچنین، یک شبکه هوشمند بدون در نظر گرفتن نوع حملات سایبری، اغتشاشات و آسیب های جسمی می تواند به طور موثر در برابر مشکلات مقاومت کند و باید برای ارتباطات زمان واقعی، ایمن، قابل اعتماد و با تأخیر کم طراحی شود.شبکه هوشمند محصولات، خدمات و بازارهای جدید را در کاربردهایشان امکان پذیر می کند. اینها برای ارائه راه حله ای سبز و مقرون به صرفه بودن ضروری هستند. ارائه دهندگان خدمات یا مشتریان مجاز می توانند از راه دور با استفاده از IED های مشتری مدار، مصرف برق دستگاه های الکترونیکی هوشمند(IED) را کنترل کنند. بازارها به عنوان هماهنگ کننده ای که برخی پارامترهای شبکه مستقل مانند کیفیت خدمات، زمان، ظرفیت کل، نسبت ظرفیت تغییر را مدیریت می کنند، نقش دارند. در صورت لزوم، بازارها می توانند پارامترها را برای تعادل تقاضا و منبع تغذیه کل شبکه تنظیم کنند.جدول I یک تاکونومی از مقالات تحقیق در برنامه های کاربردی شبکه های هوشمند ب. مزایای شبکه هوشمندآی ای دی های دو جهته مانند سنسورها، محرک ها، لوازم خانگی هوشمند و کنتورهای هوشمند کنترل و نظارت دقیق بر روی خط برق، افزایش قابلیت اطمینان، کیفیت و حفظ تعادل در زمان واقعی بین تولید و مصرف برق را فراهم می کنند. تحویل قابل اطمینان و اقتصادی برق، استفاده بهینه از دارایی ها، صرفه جویی در انرژی، تولید انرژی تجدید پذیر توزیع شده، کاهش تلفات و کاهش انتشار گلخانه ها با امکان ادغام وسایل نقلیه الکتریکی و منابع انرژی تجدید پذیر(RES) از مزایای برجسته شبکه هوشمند است. همچنین، شبکه هوشمند تجزیه و تحلیل پیش بینی را برای حفظ تعادل بار انجام می دهد. علاوه بر این، توانایی های ارتباطی قابل کنترل تر، کاهش توزیع و از دست دادن انتقال، قابلیت کنترل فوری با خود ترمیم، ارتباطات تعاملی، شبکه برق ایمن در فضای مجازی، استفاده از RES، ذخیره سازی انرژی در مقیاس بزرگ، منبع تغذیه بدون وقفه، مدیریت تقاضا، ادغام مصرف کننده دستگاه ها، قیمت گذاری برق بر اساس بازار و حفاظت پیشگیرانه با سیستم نظارت دائمی در شبکه از دیگر مزایای عمده برنامه های شبکه هوشمند است.شبکه هوشمند با فعال کردن بازارهای جدید، خدمات، محصولات و اطلاعات مصرف انرژی برای کاربران، نقش فعالی را در اختیار مصرف کنندگان قرار می دهد. این قابلیت انعطاف پذیری را برای تعامل با بازار برق و پیاده سازی سیستم آگاهی از انرژی فراهم می کند. بنابراین، افراد می توانند به راحتی در واحدهای میکروب تولیدی ادغام شوند و این امر به آنها امکان خرید و فروش برق بدون مجوز را می دهد.شبکه هوشمند می تواند داده های مربوط به تولید برق، تحویل و استفاده را از طریق روش های کنترل و فناوری های پیشرفته سنجش در زمان واقعی ضبط و تجزیه و تحلیل کند. همچنین ممکن است در مورد بهینه سازی مصرف انرژی، اطلاعات و توصیه های قابل پیش بینی را به همه ذینفعان (مصرف کنندگان، تاسیسات، تأمین کنندگان) ارائه دهد. این برنامه می تواند خدماتی از جمله ادغام بهتر DER ها برای کاهش انتشار کربن و کنترل دستگاه برای بهره وری انرژی را نیز فراهم کند.ج. عناصر اصلی شبکه هوشمندیک سیستم شبکه هوشمند دارای قطعات مختلفی مانند مراکز کنترل منطقه ای، واحدهای تولید و توزیع برق، پستهای برق، مصرف کنندگان، تعویض شیر، دستگاه های ICT، واحدهای اندازه گیری فازور (PMU)، سرورهای ورود به سیستم، واحدهای ترمینال از راه دور(RTU)، لوازم خانگی، محافظت رله ها، IED ها، رابط های انسان ساز(HMI)، قطع کننده های مدار، دروازه های پروتکل و کنتورهای هوشمند. اجزای فوق الذکر برای کار، نظارت و کنترل جریان و اندازه گیری برق به شبکه هوشمند متصل هستند. تکنیک های موجود امنیت سایبری ممکن است برای تأمین نیازهای امنیت سایبری شبکه هوشمند کافی نباشد. بنابراین، سیستم های شبکه هوشمند دارای اهداف، اهداف و ویژگی های منحصر به فردی برای ارائه معماری ارتباطی قوی و منبع تغذیه قابل اعتماد هستند. برخی از دارایی های مهم وجود دارد که برای انجام کارایی در برنامه های شبکه هوشمند باید در نظر گرفته شود.کنترل نظارتی و اکتساب داده ها(SCADA ) کنترل و نظارت بر زمان واقعی شبکه توزیع برق را فراهم می کند. به طور کلی در محیط های بزرگ استفاده می شود. از طریق مدیریت اتوماسیون غیرمتمرکز و کنترل از راه دور در پستهای ولتاژ متوسط، می تواند به اطمینان از قابلیت اطمینان منبع تغذیه و کاهش هزینه های نگهداری و بهره برداری از شبکه کمک کند. سیستم مدیریت توزیع(DMS) و سیستم مدیریت انرژی(EMS) زیر سیستم های مربوط به SCADA هستند. SCADA استانداردهای کنترل، نظارت و بهره برداری از توان را در فرآیندهای صنعتی امکان پذیر می کند. همانطور که در شکل 2 نشان داده شده است، یک سیستم SCADA از چهار قسمت تشکیل شده است:1) وسایل رابط داده مانند RTU و کنترل کننده منطقی قابل برنامه ریزی(PLC).2) شبکه ارتباطی مانند رادیو، ماهواره، کابل، تلفن.3) واحد اصلی ترمینال اصلی 4) (MTU) نرم افزار یا سیستم HMI.شکل 2. یک معماری معمولی SCADAرهگیری یا دستکاری داده ها به شبکه آسیب می رساند. فرایندهای کنترل را می توان از راه دور و به طور خودکار با RTU و PLC انجام داد. از فناوری های مختلفی مانند VPN ،IPSec، فایروال، احراز هویت کاربر و دستگاه و سیستم تشخیص نفوذ(IDS) برای ایمن سازی شبکه SCADA استفاده می شود. همچنین، سیاهه های مربوط به دسترسی و دستورات کنترل توزیع برای یک سیستم SCADA بسیار حیاتی هستند. داده های دارای برچسب زمان در شبکه باید هماهنگ شوند تا از قابلیت اطمینان و ایمنی سیستم SCADA به طور موثر اطمینان حاصل کنند. بنابراین، مشتریان باید با شرکت های تاسیساتی خود توافق کنند که از یک مرجع مشترک زمانی مانند GPS دارای مهر زمان برای هماهنگ سازی زمان و همچنین اطمینان از ایمن و دقیق بودن پرونده های ورود به سیستم استفاده کنند. بنابراین، DER ها می توانند برای پشتیبانی از بار استفاده شوند.اِی ام آس ادغام فن آوری های مختلفی است که ارتباطات پیشرفته ای را بین مرکز کنترل و کنتورهای هوشمند فراهم می کند. شبکه هوشمند IoT based امکان اجرای آسان AMI را فراهم می کند. AMI به عنوان اندازه گیری هوشمند نیز شناخته می شود. HAN، کنتور هوشمند، دروازه عملیاتی و سیستم مدیریت داده متر از اجزای اصلی AMI هستند. AMI وظیفه جمع آوری، تجزیه و تحلیل، ذخیره و تهیه اطلاعات اندازه گیری ارسال شده توسط کنتورهای هوشمند به اشخاص مجاز است. بنابراین، آنها می توانند داده ها را برای پیش بینی تقاضا، مدیریت قطع، صورتحساب پردازش کنند. این به مصرف کنندگان کمک می کند تا با دانستن قیمت در زمان واقعی برق، مصرف برق را بهینه کنند.همچنین، به شما کمک می کند اطلاعات ارزشمندی در مورد مصرف مصرف کنندگان کسب کنید تا قابلیت اطمینان سیستم قدرت را حفظ کنید. علاوه بر این، AMI انتقال به روزرسانی های نرم افزاری، دستورات، درخواست ها و اطلاعات مربوط به قیمت گذاری را از طرف های مجاز به کنتورهای هوشمند فراهم می کند. اندازه گیری هوشمند یک راه حل فناوری است. اندازه گیری هوشمند شامل دستگاه های اندازه گیری جدید، زیرساخت های ارتباط از راه دور و سیستم های متمرکز برای تجزیه و تحلیل داده ها است. همچنین، جریان را به صورت دو طرفه فراهم می کند، عملکرد شبکه های برق را بهینه می کند و به افزایش ایمنی، قابلیت اطمینان و کیفیت خدمات مورد نیاز(QoS) مانند عملکرد، بازده انرژی، امنیت کمک می کند. اندازه گیری هوشمند ارتباط دوسویه را بین سیستم مرکزی و کنتورهای هوشمند امکان پذیر می کند. کنتورهای هوشمند برخی از اطلاعات ارزشمند مانند مصرف انرژی را برای مدیریت یا صورتحساب ثبت می کنند. آنها می توانند به صورت دوره ای داده ها را در صورت درخواست یا در پاسخ به برخی از وقایع به برنامه گزارش دهند. آنها همچنین می توانند به درخواستهایی مانند قطع برق، کاهش بار، قیمت واقعی در زمان واقعی، به روزرسانی نرم افزار از طریق قابلیت ارتباط دو طرفه پاسخ دهند. همچنین، آنها می توانند با مدیریت مصرف انرژی وسایل هوشمند در خانه مانند تهویه هوا، یخچال، وسایل نقلیه الکتریکی و اجاق ها به عنوان EMS محلی عمل کنند. شبکه هوشمند مبتنی بر اینترنت اشیا شکل قدرتمند خطوط برق معمولی با فناوری های اینترنت اشیا است. اینترنت اشیا یکی از مفاهیم فعال کننده است و نقشی اساسی در شبکه هوشمند دارد. شبکه هوشمند به عنوان یکی از مهمترین زیرساخت ها در نظر گرفته می شود و به عنوان یکی از بزرگترین کاربردهای اینترنت اشیا دیده می شود. پذیرش اینترنت اشیا در شبکه هوشمند امکان مدیریت و نظارت بر شبکه انرژی را از راه دور برای جریان و اتصال داده در مقیاس بزرگ و دو طرفه در سراسر زیرساخت شبکه فراهم می کند. از طریق اینترنت اشیا، لوازم خانگی هوشمند می توانند به طور کارآمد از طریق اینترنت شناسایی و مدیریت شوند. هر دستگاهی در شبکه به عنوان یک شی در نظر گرفته می شود و دارای آدرس IP متفاوتی است که می تواند برای کنترل دستگاه ها از طریق اینترنت استفاده شود بنابراین دستگاه های متعددی برای ایجاد یک اکوسیستم هوشمند و خودپایدار بهم متصل می شوند. به انتقال حجم بالای داده ها از طریق اینترنت کمک می کند. این ارتباط به دلیل وجود گسترده حسگرها، محرک ها و سایر اشیا شبکه هوشمند در کنار کل سیستم، علاوه بر استفاده از کنتورهای هوشمند و سایر اشیا شبکه هوشمند در سمت مشتری، امکان پذیر است. همچنین، این امکان را برای پیگیری مصرف و تقاضای انرژی در زمان واقعی برای تأمین انرژی فراهم می کند در حالی که به مصرف کنندگان کمک می کند تا میزان استفاده خود را کنترل کرده و رفتارهای خود را تنظیم کنند.وسیله نقلیه الکتریکی ترکیبی پلاگین(PHEV) به کاهش انتشار کربن و کاهش وابستگی به سوخت های فسیلی کمک می کند، بنابراین وسیله ای برای پشتیبانی از DER ها در برنامه های شبکه هوشمند فراهم می کند. PHEV می تواند با بنزین و برق کار کند. باتری های PHEV را می توان توسط کاربران در خانه یا مکان های دیگر شارژ کرد. از آنجا که بیشتر باتری های PHEV برای تخلیه سریع طراحی شده اند، PHEV ها می توانند برق را به شبکه برسانند. مفهوم وسیله نقلیه به شبکه می تواند قابلیت اطمینان را افزایش دهد و کارایی شبکه برق را افزایش دهد. با این حال، معامله بین مزایا و هزینه ها هنوز نامشخص است.علاوه بر این DER ،RES و فن آوری های ارتباطی از دیگر عوامل اصلی شبکه هوشمند هستند. برقراری ارتباط از طریق خط برق از طریق بی سیم، کابلهای سیم، پیوندهای فیبر نوری، کانالهای مایکروویو و اترنت انجام می شود که طیف گسترده ای از پهنای باند در آن اجرا می شود.د. مدل مفهومی شبکه هوشمندچارچوب های مختلفی در دانشگاه و صنعت برای توصیف معماری اینترنت اشیا، به ویژه برای برنامه های شبکه هوشمند ارائه شده است. چارچوب انستیتوی استاندارد و فناوری ملی(NIST) تاکنون بیشترین کاربرد را داشته است. همانطور که در شکل 3 نشان داده شده است، این چارچوب به صورت هفت حوزه به هم پیوسته مفهوم می یابد. مشتریان، حوزه های توزیع، انتقال و تولید وظیفه توزیع، انتقال و تولید انرژی را بر عهده دارند. دامنه های بازار، عملیات، ارائه دهنده خدمات وظیفه ارائه خدمات، مدیریت توزیع انرژی و مدیریت بازار انرژی را بر عهده دارند. حوزه های تولید، انتقال و توزیع شامل پست های انرژی است. همچنین منظور از دامنه عملکرد سیستم های کنترلی مانند SCADA است.شکل 3. مدل مفهومی شبکه هوشمند [45]اصول امنیت سایبری در مورد شبکه های هوشمند پیشرفت های مداوم در ICT به توسعه شبکه برق سنتی به شبکه هوشمند کمک می کند. با این حال، یکی از معایب قابل توجه توسعه شبکه هوشمند، مسائل مربوط به امنیت سایبری است. نگرانی های مربوط به امنیت سایبری سرعت پیشرفت برنامه های شبکه هوشمند را کاهش می دهد. با این وجود، پیشرفت های مداوم باعث افزایش تجارب شبکه هوشمند در سالهای آینده خواهد شد. مسائل مربوط به امنیت سایبری شبکه هوشمند شامل اطمینان از سه گانه CIA سیستم های کنترل و ICT است. سه گانه CIA هم زیرساخت های ارتباطی و هم حفاظت، بهره برداری و مدیریت انرژی ضروری است.1. اهداف امنیت سایبریاهداف امنیت سایبری شبکه هوشمند باید اقدامات احتیاطی برای اطمینان از اطلاعات با تریا CIA داشته باشد. این اصول امنیتی باید به طور قطع در سیستم های شبکه هوشمند رعایت شوند.محرمانه بودن حفاظت از داده ها در برابر دسترسی یا افشای غیر مجاز است. محرمانه بودن به این معنی است که دسترسی به اطلاعات فقط توسط افراد مجاز انجام می شود. بنابراین، فقط کاربران مجاز می توانند به داده ها دسترسی پیدا کنند و افراد غیرمجاز نمی توانند دسترسی پیدا کنند. یک شبکه هوشمند می تواند دارای دستگاه های خانگی متصل به شبکه برق با ارتباط داده های دو جهته و در زمان واقعی باشد. اگر مهاجمان اطلاعات مصرف کننده را بدست آورند، می توانند از این اطلاعات سوء استفاده کنند، شیوه زندگی آنها را پیگیری کنند، یاد بگیرند که از چه وسایلی استفاده می کنند و اینکه آیا در خانه هستند یا نه. رازداری حاوی حریم خصوصی است و یکی از موضوعات برجسته برای کاربران است.داده ها هرگز نباید توسط کسی یا هر چیزی در سیستم دستکاری شود. لازم است اطمینان حاصل کنید که همه نوع داده ها صحیح و دست نخورده هستند. بنابراین، داده ها نباید به روشی غیر مجاز یا غیرقابل شناسایی تغییر یابند. یکپارچگی به عنوان جلوگیری از داده ها از تغییر و تخریب غیر مجاز تعریف می شود. همچنین، صداقت به معنای حفظ و اطمینان از صحت داده ها است. یکپارچگی به ارائه یک سیستم نظارت بر زمان واقعی برای شبکه هوشمند کمک می کند.انتظار می رود که یک سیستم قدرت همیشه در دسترس باشد. همچنین، اطمینان از دستیابی به موقع و قابل اعتماد و استفاده از سیستم اطلاعات مهم است. قابلیت اطمینان و در دسترس بودن تأثیر مستقیم بر دستگاه های کنترل زیرساخت های حیاتی دارد. در دسترس بودن، محافظت از سیستم اطلاعات در برابر خرابی است. حملات در دسترس بودن می تواند اطلاعات را خراب، مسدود یا تأخیر کند. بنابراین، در دسترس بودن به این معناست که اطلاعات در صورت نیاز و بدون به خطر انداختن امنیت، باید در اختیار اشخاص مجاز در شبکه هوشمند قرار گیرد. در دسترس بودن داده ها به طور کلی شامل جلوگیری از حملات DoS است که منجر به خاموشی می شود. به طور خلاصه، حملات سایبری معمولی در برنامه های شبکه هوشمند حداقل یکی از سه گانه CIA را هدف قرار می دهد. کاربران یا مهاجمین مخرب از اطلاعات برای سوء استفاده و یا آسیب رساندن به دیگران سوء استفاده می کنند. هدف از حملات محرمانه بودن دسترسی به اطلاعات توسط اشخاص غیر مجاز است. حملات یکپارچگی با هدف دستکاری داده های اصلی یا درج داده های نادرست انجام می شود. حملات در دسترس برای قطع برق، تأخیر یا قطع ارتباط است.2. الزامات امنیت سایبریبرخی از الزامات امنیتی علاوه بر سه گانه CIA برای اطمینان از امنیت سایبری در برنامه های شبکه هوشمند وجود دارد. بسیاری از اینها به هم مرتبط هستند. بنابراین، برای دستیابی به یک رویکرد جامع امنیت سایبری، تهیه اهداف و الزامات باید به طور قانونی تضمین شود. اهداف امنیت سایبری سطح بالا و الزامات خاص امنیت سایبری در شکل 4 نشان داده شده است.احراز هویت و شناسایی فرآیندهای اصلی تأیید هویت کاربر یا دستگاه برای دفاع از سیستم شبکه هوشمند در برابر دسترسی غیر مجاز است. این امکان را فراهم می کند که هویت یک شیء معتبر باشد. اشیا ممکن است کاربران، دستگاه های هوشمند یا هرگونه مولفه متصل به شبکه باشند. استفاده از رمز عبور یک روش شناسایی رایج است. پروتکل های احراز هویت موجود را می توان برای طراحی یک فرآیند احراز هویت در شبکه هوشمند سازگار کرد. با این حال، اگر به سیستم های انرژی توجه کافی نشود، روند طراحی احراز هویت در برابر خرابی های مهم آسیب پذیر است. احراز هویت و رمزگذاری فرایندهای رمزنگاری اجباری برای دفاع از محرمانه بودن و یکپارچگی داده ها در شبکه هوشمند است.همچنین، یک فرایند شناسایی مهم برای از بین بردن حملات یکپارچگی داده است. تمام نیازهای امنیتی برای تعیین اینکه آیا مجاز به تعامل با داده ها هستند، نیاز به تأیید دارایی دارند. یکپارچگی و احراز هویت می تواند از برنامه های شبکه هوشمند در برابر حملات سایبری رایج مانند جعل هویت، MITM و اصلاح پیام اطمینان حاصل کند.اصالت لازم است تا بررسی شود طرفین درگیر کسانی نیستند که ادعا می کنند هستند. با امضای دیجیتال می توان از صحت داده های ارسالی اطمینان حاصل کرد. یک فرآیند تأیید احزاب و پیام ها را تأیید می کند. می توان از مدیریت کلید مخفی مشترک یا زیرساخت کلید عمومی (PKI) برای تأیید صحت انتقال داده از طریق شبکه استفاده کرد. یک گواهی هویت طرفین را تأیید می کند. این گواهینامه توسط یک مرجع صدور گواهینامه ارائه می شود. زیرساخت PKI قبل از برقراری ارتباط بین طرفین انجام می شود.کنترل دسترسی که به آن مجوز نیز گفته می شود، به مسدود کردن دسترسی به سیستم توسط افراد یا سیستم های غیرمجاز بدون اجازه اشاره دارد. مجوز به معنای عزمی است که بین احزاب مشروع و نامشروع براساس احراز هویت برای سایر الزامات امنیت سایبری تمایز قائل می شود. در صورت نقض مجوز، می تواند به موارد ایمنی منجر شود. کنترل دسترسی فراهم می کند که منابع فقط توسط کارکنان مربوطه و احزاب در شبکه هوشمند که به طور دقیق شناسایی می شوند قابل دسترسی هستند. مکانیسم های کنترل دسترسی دقیق باید برای جلوگیری از دسترسی غیر مجاز به داده های حساس و زیرساخت های مهم اجرا شود. روش های کنترل دسترسی مانند کنترل دسترسی مبتنی بر نقش، کنترل دسترسی اختیاری و کنترل دسترسی اجباری می توانند قابلیت اطمینان سیستم را افزایش دهند و تهدیدات امنیتی احتمالی را کاهش دهند. بنابراین، کنترل دسترسی برای محدود کردن دسترسی کاربر یا دستگاه به شبکه ضروری است.مسئولیت پذیری و حسابرسی فراهم می کند که شبکه هوشمند قابل پیگیری و ضبط باشد. این شرط امنیتی مربوط به ایجاد مسئولیت است. این امکان را فراهم می آورد تا طرفهای دروغین را با شواهد قابل اثبات شناسایی کنید. دارایی هایی که داده ها را دریافت می کنند بعداً نمی توانند آن را انکار کنند و این را عدم انکار می نامند. پاسخگویی امکان انکار دارد. نقض مسئولیت به طور معمول عواقب قانونی و تجاری در سیستم های شبکه هوشمند دارد. گزارش های حسابرسی رایج ترین راه برای اطمینان از پاسخگویی است. با این حال، باید توجه داشت که گزارش های حسابرسی در برابر حملات در دسترس بودن و یکپارچگی آسیب پذیر هستند. برای امنیت بیشتر برنامه های شبکه هوشمند از نظر محرمانه بودن، صداقت و حفظ حریم خصوصی، مسئولیت پذیری لازم است. در صورت بروز مشکل امنیتی، عملکرد پاسخگویی می تواند تعیین کند که مسئول این مسئله است. با تشکر از پاسخگویی، تغییرات در ترافیک شبکه می تواند به عنوان مدرکی در قضاوت های آینده مورد استفاده قرار گیرد. بنابراین، تاسیسات و کاربران نمی توانند اقدامات خود را انکار کنند.صورتحساب برق برای صاحبان خانه یک مطالعه موردی برای پاسخگویی است. اگرچه کنتورهای هوشمند می توانند هزینه زمان واقعی مصرف برق را تعیین کنند، اما مصرف کنندگان ممکن است در صحت آن شک کنند. خود کنتور یا ابزار هوشمند می تواند داده های ارسالی را به دلیل مزیت شخصی یا دلایل دیگری اصلاح کند. در نتیجه، اگر یک کنتور هوشمند مورد حمله قرار گیرد، کاربر می تواند دو قبض برق متمایز داشته باشد، یکی از طریق برق و دیگری از کنتور هوشمند. روشی برای حل این مشکل در پیشنهاد شده است. علاوه بر این، قابلیت شنیداری به بررسی جامع کلیه رفتارهای فعلی و گذشته در یک سیستم اشاره دارد.شکل 4. اهداف و الزامات امنیتی شبکه هوشمنداین بیشتر مربوط به شناسایی علل بروز خطا در سیستم و ایجاد دامنه نقص یا نتایج یک رویداد امنیتی است. حسابرسی بدون احراز هویت نمی تواند پاسخگویی را تضمین کند. قابلیت اطمینان و احراز هویت باید با هم ارائه شود تا از پاسخگویی دقیق اطمینان حاصل شود.رازداری شامل حریم خصوصی است و مسئله اصلی رازداری خصوصاً در سیستم AMI برای مصرف کنندگان است. مصرف کننده نمی خواهد شرکتهای بازاریابی یا افراد غیرمجاز از اطلاعات مصرف انرژی، الگوهای مصرف انرژی یا سایر اطلاعات خود مطلع شوند. حریم خصوصی مستلزم این است که داده های مصرف کننده توسط افراد غیر مرتبط به دست نیاید و برای اهداف مختلف بدون اجازه مشتری استفاده نمی شود و فقط می تواند برای مجوزهای تعریف شده استفاده شود. به عنوان مثال، استفاده از داده های مصرف برای اهداف تأیید نشده نقض حریم خصوصی است.قابلیت اطمینان، توانایی سیستم برای دستیابی به خدمات خود به موقع و دقیق، با اجتناب از خطاهای داخلی و عادی است. قابلیت اطمینان، اطمینان حاصل می کند که خدمات در هنگام خطاهای داخلی ارائه می شوند. در دسترس بودن، قابلیت اطمینان، قابلیت نگهداری، ایمنی و امنیت از ویژگیهای اساسی قابلیت اطمینان هستند. تحمل عیب، پیش بینی عیب، جلوگیری از خطا، تشخیص عیب، رفع عیب، قابلیت نگهداری و مهندسی ایمنی اقدامات مهمی برای اطمینان از قابلیت اطمینان هستند.زنده ماندن توانایی سیستم برای انجام وظیفه خود و در نتیجه جلوگیری از بروز خطاهای سوء، عمدی یا غیرعمدی است. سیستم های زنده پذیر باید از انعطاف پذیری اطمینان حاصل کنند تا در صورت به خطر افتادن بخشی از امنیت آن، بتواند خدمات خود را برآورده سازد. بقا با هدف ارائه خدمات هم در صورت وجود اقدامات عمدی سو و هم در بروز خطاهای خارجی انجام می شود. قابلیت اطمینان، در دسترس بودن، تحمل خطا، ایمنی و امنیت از ویژگی های بقا هستند. پیشگیری از خطا، تشخیص خطا، محل خطا، پیش بینی خطا، قابلیت نگهداری، تعدیل نیرو، سیاست های امنیتی، پاسخگویی، احراز هویت، مجوز، عدم انصراف، خدمات رمزنگاری، جداسازی مناطق آسیب دیده و استفاده از فناوری های امنیتی ناهمگن در طراحی شبکه از اقدامات برجسته بقا. ایمنی یک مورد مهم امنیتی در CPS است و اهمیت ایمنی نوع قابل توجهی از آن است.3. اجزای کلیدی امنیت سایبریبسیاری از حملات سایبری در شبکه های هوشمند ممکن است منجر به خاموشی گسترده انرژی و خسارت فاجعه بار به منابع انرژی شود. همچنین، ممکن است اهداف و الزامات امنیت سایبری را تضعیف کنند. اما برشمردن تمام حملات ممکن به دلیل پیچیدگی و مقیاس بزرگ شبکه هوشمند راحت نیست. بنابراین، ما حملات سایبری را بر اساس اهداف امنیتی شبکه هوشمند به سه نوع طبقه بندی کردیم. بحث های فوق در مورد امنیت برای شبکه هوشمند نشان می دهد که راه حل های مقابله با تهدیدها باید محدودیت ها، شرایط و موضوعات مختلف را در نظر بگیرند. بنابراین، تنها راه حل امنیتی، مانند رمزگذاری، نمی تواند تهدیدهای کل امنیت سایبری را مسدود کند.رمزنگاری تنها راه حل نیست، اما نقش بسزایی در افزایش محرمانه بودن و یکپارچگی شبکه هوشمند دارد. رمزگذاری اولین روش رمزنگاری برای اطمینان از برقراری ارتباط امن است. اجرای طرح های رمزگذاری برای حفظ یکپارچگی و محرمانه بودن داده ها در شبکه هوشمند ضروری است. رمزگذاری به طور قابل ملاحظه ای حملات پخش و شنود را کاهش می دهد. بسیاری از طرح های احراز هویت و الگوریتم های رمزگذاری موجود در شبکه هوشمند پذیرفته شده اند. رمزنگاری متقارن، مانند رمزهای متقارن، DES ،AES و 3DES یا رمزنگاری کلید عمومی معروف به رمزنگاری نامتقارن به طور گسترده ای برای جلوگیری از تهدیدات سایبری احتمالی در شبکه هوشمند استفاده می شود. همچنین، انتظار می رود که اکثر وسایل الکترونیکی در یک شبکه هوشمند دارای قابلیت رمزنگاری سبک وزن باشند.علاوه بر راه حل های رمزنگاری، کنترل اثرات تولید شده و انتشار آنها باید در طول چرخه عمر سیستم در نظر گرفته شود و چندین راه حل امنیتی مانند زیر بیان می شود.1) تأیید اجزای سخت افزاری-نرم افزاری از طریق رویکردهای مهندسی ایمنی.2) توصیف سیاست های امنیتی، سیاست های فعال سازی، روش های تخفیف و برنامه های آمادگی با مدل سازی و شبیه سازی.3) استفاده از خدمات رمزنگاری و سازوکارهای پیشگیرانه.4) آماده سازی مکانیسم های اضطراری که گسل هایی مانند جداسازی عیب، حذف عیب و محل گسل را مدیریت می کنند.5) اولویت بندی خدمات، جداسازی مناطق و فرایندهای بازیابی.شبکه هوشمند از کاربردهای اینترنت اشیا است. بنابراین، اقدامات احتیاطی امنیت سایبری IoTbased برای برنامه های شبکه هوشمند نیز معتبر است. برخی از اقدامات احراز هویت، رمزگذاری، ناشناس بودن، ارزیابی ریسک، حریم خصوصی داده ها، اقدامات غیر فنی، جعبه شن و ماسه، به روزرسانی ایمن نرم افزار، رمزهای عبور یکبار مصرف است.4. تهدیدها و راه حل های امنیت سایبریتولید، انتقال، توزیع و مصرف دامنه اصلی شبکه هوشمند است. ارتباطات باید در همه حوزه ها به طور موثر و ایمن انجام شود. حفظ حریم خصوصی، محرمانه بودن و احراز هویت داده ها برای قابلیت اطمینان بسیار مهم است و همچنین برای جلوگیری از تغییرات غیرمجاز در زیرساخت ها باید کارایی را تضمین کرد و بنابراین باید سیستم های امنیتی سایبری توزیع شده ایجاد شود.سیستم های شبکه هوشمند آسیب پذیری های مختلفی دارند و هرکدام ویژگی های مختلفی دارند. این آسیب پذیری ها می توانند برنامه های شبکه هوشمند را در معرض بسیاری از تهدیدهای مجازی مجزا قرار دهند که می توانند از سطح پایین به سطح بالا آسیب برسانند. شناسایی صحیح نوع تهدیدات امنیتی و آسیب پذیری ها، تعیین اقدامات مقابله ای مناسب را امکان پذیر می سازد.یک مهاجم فقط با اتصال به کانال ارتباطی می تواند حمله مسدود را انجام دهد. حملات صفر روزه مانند Stuxnet به عنوان تهدید نقاط ضعف امنیتی ناشناخته در برنامه های سیستم توصیف می شود و ممکن است پس از پایان حمله کشف شود. حمله استراق سمع نوعی حمله غیرفعال است و حمله کننده پیام های بین گره های کانال ارتباطی را گوش می دهد. تجزیه و تحلیل ترافیک، سرقت رمز عبور، شنود، هدایت وسط (MITM) و حملات جعل به محرمانه بودن آسیب می رساند. تزریق داده ها، دستکاری داده ها، کرم چاله، همگام سازی زمان و حملات جعل به یکپارچگی آسیب می رساند. DoS، عروسک خیمه شب بازی، سرریز بافر، سوراخ کرم، مسدود کردن و حملات سیل به دسترسی به برنامه های شبکه هوشمند آسیب می رساند.به خصوص تهدیدهای مداوم پیشرفته (APT) در زیرساخت های حیاتی بسیار مخرب هستند. APT ها یک حمله سایبری خصوصی هستند. به طور کلی، یک گروه یا شخص به سیستم دسترسی غیرمجاز می یابد و مدت طولانی بدون روشی غیرقابل شناسایی در سیستم می ماند. هدف اصلی APT ها به طور کلی سرقت اطلاعات است و APT ها معمولاً توسط کشورها یا گروه های بزرگ پشتیبانی می شوند. بنابراین، APT ها شامل روشهای سطح بالا و پیچیده ای هستند که برای مدت طولانی در برابر اهداف به درجه پنهانکاری زیادی احتیاج دارند. APT ها روش های مختلف حمله، تکنیک ها و فن آوری های نفوذ را با یکدیگر ادغام می کنند تا اطلاعات بهم پیوسته را به خطر بیندازند. از نظر جنگ های سایبری بین کشورها یا سازمان ها، یک APT تأثیر بسیار مخربی بر طرف مورد حمله دارد. Stuxnet ، Dragonfly 2.0 ، Duqu ، Red October و Black Energy برخی از APT های محبوب هستند. Honeypots، روش های تجزیه و تحلیل ورود به سیستم، IDS ترکیبی با شبکه های عصبی، حسابرسی کامل، آگاهی از امنیت سایبری کاربران، استراتژی های دفاعی لایه ای، کنترل های شدید امنیتی از جمله تکنیک های برجسته دفاعی در برابر APT ها هستند. ای پی تی ها عمدتاً سیستم مدیریت کنترل و اجزای آن را هدف قرار می دهند و قبل از رسیدن به هدف نهایی، برخی مراحل را انجام می دهند. APT ها عمدتاً سیستم مدیریت کنترل و مولفه های آن مانند RTU ، PLC PMU ، MTU را هدف قرار می دهند و همچنین برخی مراحل را قبل از رسیدن به هدف نهایی انجام می دهند. سازش اولیه، ایجاد پایه نگه داشتن پا، افزایش امتیازات، شناسایی داخلی، حرکت جانبی، حفظ حضور و انجام ماموریت به ترتیب مراحل یک APT در یک زیرساخت مهم است.راه حل های چارچوب امنیتی مبتنی بر اینترنت اشیا برای زیرساخت های هوشمند معمولاً دارای چهار لایه هستند که عبارتند از برنامه ها، خدمات، شبکه و گره های انتهایی. در لایه برنامه، راه حل های حمله سایبری شامل تجزیه و تحلیل رفتار، احراز هویت حسگر، رمزگذاری سبک، ضد پارازیت و IDS است. در لایه شبکه، راه حل های حمله سایبری شامل کنترل ازدحام، احراز هویت، تجزیه و تحلیل رفتار، ضد DoS ، تشخیص نفوذ، رمزگذاری، ضد پارازیت و فیلتر کردن بسته ها است.در لایه خدمات، راه حل های حمله سایبری شامل تشخیص نفوذ، رمزگذاری، تجزیه و تحلیل رفتار، احراز هویت، اعوجاج داده ها، افشای انتخابی و شناسه های جلسه است. در لایه گره های انتهایی، راه حل های حمله سایبری شامل احراز هویت، رمزگذاری و تجزیه و تحلیل رفتار ناهنجاری برنامه ها و خدمات آنها است.در این بخش، انواع حملات سایبری که ممکن است در برنامه های شبکه هوشمند استفاده شود، به تفصیل شرح داده شده و اقدامات احتیاطی قابل انجام مشخص شده است.طبقه بندی تهدیدات شبکه هوشمندبدافزار نوع کوتاهی از نرم افزارهای مخرب است. حملات بدافزار به طور غیرمستقیم یا مستقیم باعث ایجاد سه گانه سیا در زیرساخت های سایبری می شود. این حملات می تواند منجر به نتایج جدی بسیاری در شبکه هوشمند شود، مانند نشت اطلاعات مشتری، تخریب زیرساخت ها یا خاموشی در مقیاس بزرگ.دقت داده ها برای عملکرد قابل اعتماد و کارآمد در شبکه هوشمند بسیار مهم است. فرکانس، جریان، ولتاژ یا داده های زمان سنج GPS می توانند دستکاری شوند. حملات جعلی، مانند هویت یا کلاهبرداری اطلاعات می تواند باعث از بین رفتن یکپارچگی و در دسترس بودن شود. همچنین، آنها به شدت قابلیت اطمینان، پایداری، امنیت و عملکرد شبکه هوشمند را کاهش می دهند. حملات جعل متشکل از MITM، تکرار پیام و حملات بهره برداری از نرم افزار است. استفاده از چندین دستگاه برای نظارت بر خط ارتباطی برق، همکاری بین سرویس های GPS، استفاده از یک منبع تغذیه داده ای و اندازه گیری همگام سازی با استفاده از پروتکل زمان بندی شبکه (NTP) در مکان های مشخص در زمان واقعی، برخی از راه حل های مهم در برابر حملات جعل است. جدول II حملات سایبری شبکه هوشمند را در شبکه هوشمند با توجه به سه گانه CIA نشان می دهد.جدول II طبقه بندی حملات سایبری شبکه هوشمند مطابق با CIA TRIADحملات و راه حل های محرمانه بودنرازداری امکان جلوگیری از دسترسی غیرمجاز به اطلاعات را فراهم می کند. حملات محرمانه بودن تلاش برای سرقت اطلاعاتی است که فقط باید در میان احزاب امن به اشتراک گذاشته شود یا مخفی نگه داشته شود. خواندن حافظه دستگاهها به طور غیرقانونی، کلاهبرداری از بار، حملات پخش مجدد و تغییر برنامه کنترل کنتورهای هوشمند نمونه هایی از این حملات در شبکه هوشمند است. از کدگذاری شبکه برای حفظ حریم خصوصی داده ها استفاده می شود. این محرمانه بودن را در شبکه هوشمند فراهم می کند.حریم خصوصی داده ها شامل ناشناخته بودن، غیرقابل پیوند بودن، غیرقابل مشاهده بودن و غیرقابل شناسایی بودن است.در مقایسه با حملات صداقت، حملات محرمانه قصد تغییر اطلاعات ارسالی را ندارند. آنها می توانند کانال های ارتباطی را در شبکه های هوشمند بو بکشند تا اطلاعات مورد نظر مانند مصرف برق مشتری یا شماره حساب را بدست آورند. تجزیه و تحلیل ترافیک و حملات شنود از نمونه های معمول است. حمله محرمانه بودن ممکن است تأثیر بی اهمیتی بر عملکرد کانال ارتباطی در برنامه های شبکه هوشمند در نظر گرفته شود. با این حال، اهمیت حریم خصوصی مشتری و آگاهی از حریم خصوصی در سال های اخیر، به ویژه نشت احتمالی بسیاری از اطلاعات مشتری، بیشتر مورد توجه قرار گرفته است.حملات رمز عبور محرمانه بودن را نقض می کند. حدس رمز عبور، استشمام رمز عبور، حملات دیکشنری و مهندسی اجتماعی روش های متداولی هستند که برای حملات رمز عبور استفاده می شوند. به خصوص، مهندسی اجتماعی روشی است برای نفوذ به سیستم با استفاده از مهارت های اجتماعی، به جای حملات فنی.حمله استراق سمع نوع حمله غیر فعال است و همچنین به محرمانه بودن داده آسیب می زند. حملات استراق سمع بسته های IP را بو می کند یا انتقال بی سیم را در شبکه های محلی (LAN) در شبکه های شبکه هوشمند رهگیری می کند. این شامل یک مهاجم است که پیام های مشترک بین گره های شبکه ارتباطی را شنود می کند. استراق سمع حملات به پاسخگویی و یکپارچگی سیستم نیز آسیب می زند. رمزگذاری داده ها، اطلاعات حساس را در برابر حملات شنود شنود حفظ می کند.حملات تجزیه و تحلیل ترافیک حملات محرمانه بودن منفعل است. مهاجمین می توانند پیام ها را استشمام و تجزیه و تحلیل کنند تا اطلاعات ارزشمندی در مورد الگوی ارتباطی بین گره ها بدست آورند.حملات نقاب زدن جعل هویت یا جعل هویت نیز نامیده می شود. حملات نقاب زدن وقتی اتفاق می افتد که مهاجمان برای بدست آوردن امتیازات وانمود می کنند یک دارایی قانونی است. حملات نقاب زدن به سه گانه CIA و پاسخگویی آسیب می رساند. حملات جعلی مانند کلاهبرداری MAC ، کلاهبرداری ARP ، جعل IP اصلاح غیرقانونی پارامترها بوده و در حملات مخفی کاری قرار دارند. حملات جعل هویت مانند پخش مجدد پیام، MITM و جعل شبکه، تقلید از یک دارایی مجاز را بدون استفاده از رمز عبور کاربر امکان پذیر می کند. فرایندهای احراز هویت برای جلوگیری از این حملات برای هر دستگاه شبکه هوشمند ضروری است.یک حملهT کانال جانبی برای به دست آوردن کلیدهای رمزنگاری را مورد هدف قرار می دهد. حمله تجزیه و تحلیل قدرت، حمله زمان بندی و حمله تجزیه و تحلیل الکترومغناطیسی انواع شناخته شده این حمله هستند. این موارد منجر به نقض رمزهای عبور، اطلاعات استفاده، دسترسی اداری و حریم خصوصی مشتری می شود. لوازم خانگی و کنتورهای هوشمند در برابر این حمله آسیب پذیر هستند. تشخیص کانالهای اشباع، اشباع پهنای باند کانال ارتباطی و ساخت زیرساخت های گسسته برای ارتباطات دستگاه شبکه برق راه حل های پیشگامانه است.یک مهاجم می تواند با استفاده از ابزارهایی مانند Wireshark که برای استشمام و تجزیه و تحلیل بسته ها استفاده می شود، به محتویات PMU یا بسته های TCP / IP کنتورهای هوشمند ارسال شده در شبکه دسترسی پیدا کند. PMU ، بسته های TCP / IP و کنتورهای هوشمند اهداف اصلی حملات بوگیری هستند. بدون رمزگذاری، مهاجمان ممکن است اطلاعات مهم را مشاهده و جمع آوری کنند.رمزگذاری از اطلاعات در برابر حملات سایبری محافظت می کند، شبکه را مجازی و خصوصی می کند. با استفاده از یک درگاه امنیتی که بسته های IP را به لطف تونل VPN انتقال می دهد، که با تعبیه یک تونل IP رمزگذاری شده در بار شبکه مشترک IP طراحی شده است، یک حمله بو کردن بسته کاهش می یابد. ارتباطات بین تونل های VPN با استفاده از پروتکل TLS امن می شود و همچنین روابط بین طرفین مجزا در شبکه هوشمند با استفاده از گواهینامه های X.509 ، که کاربران را تأیید اعتبار می کنند و کلیدهای متقارن را مبادله می کنند، برقرار می شود.حملات و راه حل های یکپارچگییکپارچگی به معنای جلوگیری از تغییر یا سرقت غیرمجاز اطلاعات است. تأخیر پیام، پخش مجدد و تزریق باعث صدمه به یکپارچگی شبکه می شود. حملات یکپارچگی با هدف اصلاح محتوای داده های اصلی مانند داده های حساب مشتری، داده های صورتحساب، مقادیر ولتاژ و سنسور، دستورات کنترل، وضعیت عملکرد دستگاه ها، همچنین به تأخیر انداختن و مرتب سازی مجدد جریان پیام ها به طور غیرقانونی است حملات یکپارچگی فقط شامل اصلاح داده های نامشروع مانند تزریق داده های کاذب نیست. علاوه بر این، جعل هویت دستگاه، حملات پراکنده و پخش، حملات مهم یکپارچگی محسوب می شوند. از الگوریتم ها و روش های رمزنگاری برای جلوگیری از حملات یکپارچگی داده استفاده می شود. برخی از رویکردها برای دفاع در برابر حملات سایبری یکپارچگی مانند روش اثر انگشت قدرت، طرح مبتنی بر کنترل ولتاژ و رویکرد مبتنی بر اتصال شبکه قابل اعتماد ارائه شده است. اصالت و عدم پذیرش مسئولیت نیز از الزامات مهم برای یکپارچگی داده ها هستند. نقض یکپارچگی می تواند منجر به موارد ایمنی شود که ممکن است به افراد یا تجهیزات آسیب برسد.حملات یکپارچگی داده ها مانند تزریق SQL و MITM، از آسیب پذیری ها برای اصلاح، ربودن یا خراب کردن فرآیندهای قانونی در شبکه هوشمند سو استفاده می کند. واحد متمرکز کننده داده در برنامه های شبکه هوشمند به کنتور هوشمند HAN متصل است. با این حال، یک مهاجم می تواند منجر به آسیب رساندن به انتقال داده ها بین متر هوشمند و واحد متمرکز کننده داده با استفاده از MITM یا تغییر غیرقانونی داده ها شود. حملات کاهش بار را می توان در حملات یکپارچگی طبقه بندی کرد.ام آی تی ام به سه گانه CIA و پاسخگویی یک سیستم آسیب می رساند. منبع و مقصد بسته اصلاح شده، مسمومیت در جدول مسیر و گواهینامه های به خطر افتاده برخی از تکنیک های MITM هستند. ترافیک شبکه باید با استفاده از دروازه های امنیتی برای مقابله با حملات MITM رمزگذاری شود. دروازه های امنیتی برای اتصال شبکه ها تونل های VPN ایجاد می کنند. همچنین، آنها داده ها را در منبع رمزگذاری کرده و در هدف رمزگشایی می کنند. فرآیندهای رمزگذاری کارآمد معمولاً با راه حل های سخت افزاری انجام می شوند. قابلیت همکاری و ارتباطات ایمن توسط دروازه های امنیتی با پروتکل IPsec در شبکه هوشمند پشتیبانی می شود. IPsec محرمانه بودن و داده های بدون تغییر را در سراسر فرایند ارتباط برای اطمینان از خط ارتباطی تضمین می کند. علاوه بر این ، برای جلوگیری از حملات MITM باید منبع و هدف احراز هویت شوند. به عبارت دیگر، احراز هویت گره های منبع و هدف و رمزگذاری ترافیک شبکه با درگاه های امنیتی راه حل های مهمی هستند. همچنین، پروتکل های TLS دارای خصوصیات رمزنگاری نامتقارن داخلی هستند که می توانند برای جلوگیری از حملات MITM بلافاصله گسل ها را شناسایی و ترمیم کنند.در حملات تزریق SQL هدف آن است که با تزریق دستورات اسکریپت پایگاه داده ها را تغییر دهد. حملات تزریق SQL برای کنترل سیستم، حذف یا اصلاح داده های موجود و افزودن داده های دستکاری شده، سوالات مخربی را به پایگاه داده تزریق می کند. این ممکن است عملکرد شبکه هوشمند را مختل کند و در نهایت منجر به خاموشی شود. کنتورهای هوشمند به طور مداوم داده های مصرف برق را برای ذخیره در یک پایگاه داده برای کاربران و برنامه های کاربردی ارسال می کنند. اگر پرسش های ایجاد شده توسط کاربران قبل از درج به طور دقیق تأیید نشود، تزریق SQL ممکن است اتفاق بیفتد. در شبکه های شبکه هوشمند، با استفاده از اقداماتی مانند تطبیق الگوی مثبت، بررسی کد استاتیک، بررسی نوع ورودی، محدود کردن دسترسی پایگاه داده به کاربران از راه دور، جلوگیری از SQL پویا و اجرای آزمایش های نفوذ، می توان حملات تزریق SQL را کاهش داد. نویسه هایی مانند نقطه ویرگول ممکن است توسط مهاجمان مورد سو استفاده قرار بگیرند و باید هنگام بررسی نوع فیلتر شوند. حمله تزریق داده به معنی دستکاری داده ها است. سیگنال های بازخورد، قرائت سنسور و سیگنال های مصرف انرژی برخی از نمونه های داده ها هستند. تأثیرات این حملات به اهدافی مانند سود مالی یا خسارت سیستم بستگی دارد. از اطلاعات مدل سیستم برای تزریق داده های منجر به بی ثباتی استفاده می کند. حملات تزریق داده ها به طور کلی برآوردگر حالت، کنتورهای هوشمند و محافظت، نظارت و کنترل در محدوده وسیع (WAPMC) را هدف قرار می دهند. برآوردگر یک سیستم قدرت از زاویه های فاز و اندازه ولتاژ در هر گذرگاه تشکیل شده است. برآورد حالت نظارت جامعی بر جریان و جریان برق در سراسر شبکه هوشمند فراهم می کند. بنابراین، دستکاری در اندازه گیری های نظارت منجر به ارزیابی نادرست وضعیت عملکرد سیستم می شود. چنین مواردی منجر به اقدامات عملی نادرست مانند ایجاد قیمت نادرست، بی ثبات کردن شبکه هوشمند می شود. در نتیجه، یک حمله موفقیت آمیز تزریق داده مانع از شناسایی بی ثباتی می شود که ممکن است باعث خرابی سیستم شود. هنگامی که داده های نامناسب به مترهای هوشمند یا اندازه گیری شبکه محله تزریق می شوند، حمله تزریق اطلاعات غلط رخ می دهد. این حمله زیرساخت های شبکه هوشمند را هدف قرار می دهد. به طور خاص، هدف آن آسیب رساندن به یکپارچگی زیر سیستم های اندازه گیری و نظارت برای دستکاری اندازه گیری های متر و فازور است. این برآورد دولت از سیستم های SCADA تأثیر می گذارد. اگر مهاجمان یک یا چند متر هوشمند را به خطر بیندازند، می توانند داده های دستکاری شده را با موفقیت به مرکز SCADA تزریق کنند و بررسی یکپارچگی داده را که در فرایند تخمین حالت اعمال می شود، دور بزنند.حملات بازپخش به عنوان حملات پخش نیز شناخته می شود. حملات Replay با هدف هدایت انرژی به مکان دیگری و آسیب رساندن به سیستم از نظر فیزیکی انجام می شود. حملات پخش مجدد زمانی اتفاق می افتد که یک مهاجم ترافیک شبکه را بدست آورد و سپس آن را به عنوان مقصد اصلی هدایت کند. بنابراین، حملات پخش می توانند تأثیرات جدی بر پایداری سیستم داشته باشند. حملات Replay پس از دریافت پیام ها به لطف حملات پوششی، به تأخیر انداختن یا انتقال مجدد پیام ها است. مهاجمان بدون ایجاد تغییر در خروجی های قابل اندازه گیری، داده ها را به سیستم تزریق می کنند. مهاجمان برای شروع حمله مجدد، حسگرهای غیر رمزگذاری شده را هدف قرار می دهند. آنها خروجی های سنسور را کنترل می کنند و هنگام تزریق سیگنال حمله، آنها را تکرار می کنند. علاوه بر تزریق سیگنال های کنترل جعلی به شبکه، مهاجمان باید داده های ارسالی بین کنتورهای هوشمند و دستگاه ها را دریافت و تجزیه و تحلیل کنند تا مشخصات کاربر در مورد مصرف و تولید انرژی را بدست آورند. اجرای تمبرهای زمانی و شماره های توالی راه حل های موثری در برابر حملات پخش مجدد در برنامه های شبکه هوشمند است. همچنین، حمله پنهانی نسخه حلقه بسته حمله مجدد است.یک حمله همگام سازی زمان (TSA) داده های زمان بندی را در برنامه های شبکه هوشمند هدف قرار می دهد. فرآیندهای مهم مانند برآورد مکان رویداد و تشخیص خطا به طور گسترده به داده های دقیق زمان بندی در شبکه هوشمند بستگی دارد. PMU و WAPMC اهداف اصلی TSA هستند. برخی از کاربردهای PMU مانند محلی سازی رویداد، پایداری ولتاژ، نظارت بر خطا در یک خط انتقال می تواند تحت تأثیر TSA قرار گیرد. TSA و GPS کلاهبرداری هدف این است که سیگنال GPS توسط مهاجمان تقلید می شود. بنابراین، نمونه گیری PMU در زمان اشتباه انجام می شود و اندازه گیری هایی با تمبرهای زمان نادرست تولید می شوند. نتایج در ثابت کرده است که TSAممکن است اشتباهات موقعیت مکانی ایجاد کند و زنگ خطر جعلی را در مورد وجود مشکل ایجاد کند. هشدار جعلی می تواند باعث قطع خط ارتباطی شود. این وضعیت ممکن است باعث ایجاد خطاهای آبشار در شبکه هوشمند شود. برای نظارت بیشتر بر شبکه هوشمند باید استفاده از PMU افزایش یابد.برای از بین بردن حملات یکپارچگی فوق الذکر در شبکه های شبکه هوشمند، به برنامه های احراز هویت و رمزگذاری پایان به انتها نیاز است. همچنین، مهاجمان باید دسترسی معتبر به شبکه های ارتباطی و اطلاعات حساس داشته باشند تا حمله محرمانه یا یکپارچگی را آغاز کنند. از این رو، کنترل دسترسی و احراز هویت برای جلوگیری از حملات یکپارچگی شبکه هوشمند بسیار مهم است.حملات و راه حل های در دسترس بودندر دسترس بودن به معنای در دسترس بودن اطلاعات مجاز توسط کاربران مجاز است. حملات در دسترس بودن از دسترسی مجاز در شبکه هوشمند جلوگیری کرده و ممکن است بی ثبات شود. حملات در دسترس بودن به حملات DoS نیز معروف است. حملات DoS با هدف جلوگیری، آسیب و تأخیر در انتقال داده انجام می شود. این امر باعث عدم دسترسی به منابع شبکه می شود. حملات در دسترس بودن با استفاده از تکنیک های مختلف قصد دارند شبکه ها را بیش از حد بار آورند، به طوری که سیستم نمی تواند به درستی کار کند.مهاجمان حجم زیادی از ترافیک را برای جاری شدن سیل در خطوط انتقال در شبکه ارسال می کنند. این باعث می شود بسته های داده قانونی در ترافیک شبکه از بین بروند و پردازش نشوند. پروتکل های مبتنی بر IP مانند TCP IP ، IEC 61850 در برابر حملات در دسترس بودن آسیب پذیر هستند. از آنجا که مهمترین نیاز امنیتی در شبکه هوشمند در دسترس بودن است، اقدامات مقابله ای پیشرفته و موثر باید در برابر حملات در دسترس بودن انجام شود. فیلتر کردن ترافیک، لوله های بزرگ، رویکردهای تشخیص ناهنجاری و استفاده از شبکه هوای بسته برخی از راه حل های موثر است. از آنجا که حملات DoS بالاترین تهدید برای سیستم های شبکه هوشمند IoTbased است، یک راه حل نرم افزاری لایه شبکه می تواند روشی موثر برای کاهش حملات DoS باشد. جستجوی سریع IP، ابزاری ایمن را برای مشتری فراهم می کند تا محتوا و سرور مقصد جلسه ارتباطی خود را پنهان کند. پرش سریع IP برای جلوگیری از شناسایی ترافیک شبکه، آدرس IP واقعی سرور مقصد را پنهان می کند. آدرس IP سرور به طور همزمان در کلاینت های مجاز و سمت سرور به طور همزمان تغییر می یابد.حملات مسدود کننده هدف پر کردن خطوط ارتباطی بی سیم با سر و صدا است به طوری که کنتورهای هوشمند نمی توانند به شرکت برق متصل شوند. این وضعیت از دو طریق بر روی کنتورهای هوشمند تأثیر منفی می گذارد. اولاً، کانال ارتباطی به طور مداوم توسط روترها شلوغ دیده می شود. ثانیا، بسته های داده از دریافت مسدود می شوند. ارسال بسته های تصادفی غیرمجاز به هر ایستگاه بی سیم در شبکه یک راه حل موثر برای حملات مسدود کردن است.حملات سایبری شبکه هوشمند به طور کلی برای بهره برداری از اجزای مختلف برای شروع حملات همزمان هماهنگ می شوند. حمله هماهنگ چالش برانگیزترین نوع حمله است. از آنجا که حملات هماهنگ می تواند از دفاع معمول فراتر رود، به راه حل های امنیتی چند لایه با رویکردهای قوی نیاز دارند. همچنین، حملات هماهنگ همه اهداف امنیتی، الزامات و اجزای شبکه هوشمند را هدف قرار می دهد. بنابراین، رویکردهای امنیتی حاصل از تجزیه و تحلیل الزامات امنیت سایبری با توجه به لایه های شبکه، راه حل های امنیتی موثری برای برنامه های شبکه هوشمند فراهم می کند.جدول III طبقه بندی حملات سایبری شبکه هوشمند مطابق با لایه های شبکهلایه ها و راه حل هاحملات MITM هدف از بین بردن و دستکاری پیام ها بین مرکز کنترل و دستگاه های زمینه است. در طول جلسه پروتکل، مهاجم مقصد درستی برای مبدا و هدف است. حملات MITM ممکن است در هر لایه به ویژه در لایه های 2 و 3 انجام شود، همچنین بر روی سه گانه CIA و پاسخگویی یک سیستم تأثیر می گذارد. راه حل های امنیت سایبری باید شامل نرم افزار دقیق تجزیه و تحلیل بسته باشد، همچنین مکانیسم های احراز هویت قوی می توانند در برابر حملات MITM محافظت کنند.حملات لایه های کاربردی می توانند به راحتی سیستمی را که دارای منابع محاسباتی محدود است، جاری کنند. محرمانه بودن و حملات یکپارچگی به طور کلی در لایه برنامه آغاز می شود، زیرا آنها سعی در بدست آوردن یا دستکاری داده ها در شبکه هوشمند دارند. حملات DoS را می توان در لایه های مختلف در برنامه های شبکه هوشمند انجام داد. حملات DoS در لایه کاربرد با هدف خالی کردن منابع سیستم، مانند حافظه، پردازنده یا پهنای باند با طغیان در دوره های شدید درخواست. از آنجا که وسایل ارتباطی در شبکه هوشمند به قابلیت های محاسباتی محدودی مجهز هستند، ممکن است اهداف بالقوه حملات DoS لایه کاربردی باشند. یک حمله لایه پایین عموماً پهنای باند کانالهای ارتباطی را هدف قرار می دهد.حملات لایه حمل و نقل با هدف دستیابی به هدف ایجاد مزاحمت برای اتصال به پایان با مصرف منابع است، بنابراین باعث می شود که دستگاه مورد نظر پس از مدتی ترافیک قانونی دریافت نکند.حملات طغیان TCP و UDP چند نمونه متداول هستند. آنها نوعی حملات DoSهستند. همچنین، جعل IP یک حمله لایه حمل و نقل است. حملات MITM می تواند در هنگام جعل IP برای جلوگیری از برقراری ارتباط رخ دهد. حمله MITM به مهاجم اجازه می دهد تا با جعل ARP یک LAN را بو کند. برجسته ترین دفاع در برابر حمله MITM که از طریق جعل IPکنترل می شود، استفاده از ارتباط رمزگذاری شده است. علاوه بر لایه کاربرد، استفاده از IDS یک راه حل بسیار موثر برای امنیت سایبری برای لایه حمل و نقل نیز هست. مبتنی بر آنومالی، مبتنی بر امضا و مبتنی بر مشخصات سه حالت تشخیص برای IDS / IPS هستند.حملات جعلی تهدیدهای مخربی در لایه MAC هستند زیرا هم یکپارچگی و هم دسترسی را هدف قرار می دهند. حملات جعلی، با بهره برداری از قسمتهای آدرس در یک فریم MAC، می توانند خود را برای انتقال داده های نادرست به سایر دستگاه ها، مخفی کنند. PMU ها هدف اصلی حملات جعلی در شبکه های هوشمند هستند. در شبکه های پست برق، گره های مخرب ممکن است بسته های جعلی ARP را برای خاموش کردن اتصالات IED به گره دروازه پست الکترونیکی پخش کنند. این می تواند به در دسترس بودن شبکه ارتباطی آسیب برساند و گره قانونی نمی تواند پیام ها را بازیابی کند.متداول ترین نوع حمله به لایه فیزیکی مربوط به در دسترس بودن، مسدود کردن است. حملات مسدود کردن عمدتا در شبکه های بی سیم در لایه فیزیکی رخ می دهد. مهاجمان فقط برای انجام حمله مسدود کردن به کانال ارتباطی متصل می شوند. جدول III حملات را با توجه به لایه های شبکه نشان می دهد. همچنین، جدول IV حملات سایبری را با توجه به لایه های شبکه و سه گانه CIA در شبکه هوشمند نشان می دهد. برخی از حملات در بیش از یک لایه فعال هستند.جدول چهارم تخریب با لایه های شبکه و CIAچارچوب های تجزیه و تحلیل امنیت شبکه هوشمندیک راه حل امنیت سایبری باید از تمام قسمتهای یک سیستم شبکه هوشمند دفاع کند. برخی اقدامات مقابله ای مناسب برای جلوگیری از حملات سایبری معمول فوق الذکر وجود دارد. فایروال، رمزگذاری، VPN، سیستم های هشدار سریع، نرم افزار آنتی ویروس، سیستم های پیکربندی مجدد پویا، کنترل دسترسی، IDS، مناطق غیرنظامی برای راه حل های فنی هستند.از دیدگاه مدیریت امنیت، راه حل ها باید ارزیابی ریسک دارایی ها در هنگام حمله و پس از حمله، تبادل سیاست امنیتی، مدیریت کلید و گزارش آسیب پذیری، حداقل. یک راه حل دفاعی قوی، تکنیک های مختلف امنیتی را با استفاده از هوش مصنوعی و یادگیری ماشین، انتشار بی سیم کنترل شده، احراز هویت، تقسیم شبکه، صدور گواهینامه، IPS-IDS فعال در زمان واقعی، مجوز ادغام می کند. همچنین، راه حل ها باید شامل تکنیک های امنیتی انطباقی، انعطاف پذیر و مقیاس پذیر باشند بدون اینکه بر عملکرد شبکه هوشمند تأثیر بگذارند. موارد زیر برای یک چارچوب امن لازم است.1) احراز هویت و کنترل دسترسی برای کلیه جریان های ارتباطی در کل سیستم کاملاً اعمال می شود.2) شناسایی حمله و اقدامات متقابل ضروری است و باید در همه جای شبکه هوشمند مورد استفاده قرار گیرد.3) هر گره باید عملکردهای رمزنگاری اساسی و سبک داشته باشد.4) امنیت پروتکل های شبکه باید از لایه برنامه به لایه MAC (لایه 2)طراحی شود.5) سیستم عامل های آزمایشی امنیت سایبری برای بررسی آسیب پذیری های زیرساخت های برق باید اجرا شوند.اطمینان از اینکه همه قسمتهای شبکه هوشمند در برابر حملات سایبری ایمن هستند می تواند سخت باشد. بنابراین، سیستم ارتباطی باید موارد غیرمعمول ناشی از حملات سایبری را برای نظارت بر وضعیت ترافیک شبکه و شناسایی کند. سیستم ارتباطی می تواند با پروفایل، آزمایش و مقایسه بر ترافیک شبکه نظارت کند. علاوه بر این، معماری شبکه نیاز به توانایی خود ترمیم برای حفظ فرآیندهای شبکه، در طی یک حمله سایبری دارد. با توجه به اهمیت اساسی سیستم های انرژی، عملیات انعطاف پذیری در شبکه های ارتباطی برای حفظ در دسترس بودن سیستم بسیار حیاتی است. انجام راه حل های امنیتی عملی نیاز به چارچوب های تحلیلی دارد که امکان مدل سازی سایبر و محیط های فیزیکی برنامه های شبکه های هوشمند، وابستگی متقابل بین بسیاری از اجزای شبکه و فرایندهای تصمیم گیری را به طور موثرتری فراهم می کند. ابزارهای تحلیلی در مدل سازی و تجزیه و تحلیل مسائل مربوط به امنیت سایبری شبکه هوشمند مانند محافظت از سیستم قدرت، نظریه کنترل، امنیت اطلاعات و ارزیابی قابلیت اطمینان کاملاً مفید هستند.مدل سازی سیستم کنترل شبکه (NCS) ترکیبی از ICT و طراحی سیستم کنترل برای مدل سازی یک شبکه هوشمند است. ارتباط بین حسگرها، محرک ها و کنترل کننده ها در CPS توسط یک شبکه مشترک حاصل می شود. NCS امکان مدل سازی ساختار فیزیکی سایبری را فراهم می کند که تجزیه و تحلیل تهدیدات احتمالی و تعیین راه حل های امنیتی مناسب را در برنامه های شبکه هوشمند امکان پذیر می کند.تئوری بازی فرآیند مدل سازی تعامل استراتژیک بازیکنان است. تئوری بازی شامل برخی از ابزارهای ریاضی است. این ابزارها تعامل استراتژیک و همچنین تصمیم گیری بین نهادها را بررسی می کنند. اشخاص به بازیکنانی گفته می شوند که به هم پیوسته باشند. در بازی امنیتی شبکه هوشمند، مهاجم سعی می کند یک استراتژی حمله را برای افزایش آسیب به سیستم برنامه ریزی کند در حالی که مدافع (اپراتور سیستم) سعی دارد یک استراتژی دفاعی برای کاهش آسیب برنامه ریزی کند. با توجه به اهداف مخالف مدافع و مهاجم، روشهای تئوری بازی ابزارهای ارزشمندی را برای مدل سازی تصمیم گیری بهینه و کشف بهترین استراتژی دفاعی در برابر استراتژی مهاجم ارائه می دهند.تکنیک های ارزیابی آسیب پذیری به ارزیابی احتمال خطر (PRA) برای سطح امنیت سیستم کنترل انرژی بستگی دارد که با توجه به احتمال وقایع امنیت سایبری امنیت سایبری و اتلاف انرژی مربوطه اندازه گیری می شود.این امکان را وقایع تاریخی و مثالهای آماری بدست آورده اند. بنابراین، یک ارزیابی کمی از سیستم های انرژی تحت حملات سایبری می تواند توسط PRA ارائه شود. با این حال، ارزیابی احتمال حملات DoS در مقیاس بزرگ برای PRA در برابر برنامه های شبکه هوشمند بسیار دشوار است. زیرا، داده های تاریخی کافی برای ایجاد پروفایل وجود ندارد و حملات DoS مختلف ممکن است اولویت های مختلفی در سیستم داشته باشند.تکنیک های مبتنی بر متریک امنیتی و مبتنی بر نمودار مسئله مقیاس پذیری دارند و ممکن است در سیستم های انرژی در مقیاس کوچک مانند شبکه های پست مورد استفاده قرار گیرند. در امنیت مبتنی بر متریک، هر IED دارای یک امتیاز است. این نمره به کلیه شناسایی های شناخته شده تهدیدات سایبری و اقدامات متقابل در رویکرد ارزیابی مبتنی بر اندازه گیری امنیت بستگی دارد. همچنین، معیار امنیتی برای شبکه پست ممکن است بسته به امتیازات همه IED ها محاسبه شود.یکی از معایب PRA دشواری در ایجاد امکان وقایع امنیتی احتمالی است که در پایگاه داده وجود ندارد. بنابراین، ارزیابی مبتنی بر نمودار برای مدل سازی اثر حمله بر سیستم های انرژی اعمال می شود. این راه حل رابطه مشترک بین اهداف حمله، نتایج و استراتژی های دفاعی را به عنوان نمودار مشخص می کند و از مکانیزم های تصمیم گیری برای ارزیابی اثر و احتمال حملات علیه سیستم های انرژی استفاده می کند.شبکه هوشمند یک CPS شبکه است. بنابراین، ممکن است تکنیک های مبتنی بر نمودار برای طراحی اتصال شبکه بین دستگاه های شبکه هوشمند مفید باشد. یک نمودار شامل بسیاری از رئوس است که به آن گره نیز گفته می شود و بسیاری از لبه ها که پیوند نیز گفته می شود، رئوس را با هم ترکیب می کند. در برنامه های امنیتی سایبری شبکه هوشمند، رأس ها نمادی از دستگاه هایی مانند کنتورهای هوشمند، بارها، ترانسفورماتورها، ژنراتورها، روترها هستند. لبه ها ارتباط متقابل بین اجزا را نشان می دهد. مدل سازی این اتصال ممکن است به عنوان اتصال فیزیکی بین آن دستگاه ها یا اتصال منطقی بین دستگاه ها در نظر گرفته شود. بنابراین، تکنیک های مبتنی بر نمودار برای توضیح ماهیت برنامه های شبکه هوشمند، بررسی ارتباط بین اجزا و تجزیه و تحلیل گسترش حملات سایبری در برنامه های شبکه هوشمند بسیار مفید هستند.دستورالعمل های آیندهامنیت سایبری شبکه هوشمند در برابر حملات پیچیده سایبری یک چالش اساسی است که مانع رشد شبکه هوشمند مبتنی بر اینترنت اشیا می شود. تاکتیک های جدید حمله به طور مداوم کشف می شود و همچنین روش های موجود در حال تکامل هستند و مسئله امنیت سایبری را بسیار غیر قابل پیش بینی و پویا می کنند.تفاوت بین اهداف امنیتی شبکه هوشمند و شبکه های IT نیاز به راه حل های امنیتی موثر برای هر یک از آنها دارد. علاوه بر این، انواع حمله سایبری موجود نشان می دهد که سیستم های انرژی ممکن است در برابر حملات احتمالی امنیت سایبری آسیب پذیر باشند. بنابراین، مطالعه مسائل مربوط به امنیت سایبری در برنامه های شبکه هوشمند یک کار مهندسی قابل توجه است. مشارکت فعال مشتریان و فناوری های جدید می تواند منجر به مسائل جدید امنیت سایبری شود. بنابراین، برای برنامه های شبکه هوشمند باید راه حل های متناسب ایجاد شود.تاکنون، تهدیدات بالقوه امنیت سایبری را بررسی کرده و آنها را از نظر اهداف امنیتی مورد تجزیه و تحلیل قرار داده ایم. ما همچنین ادبیات فعلی را که راه حل های امیدوار کننده و اقدامات متقابل برای دستیابی به اهداف امنیتی ارائه می دهد، ارزیابی کرده ایم. برای نتیجه گیری از مروری بر امنیت شبکه هوشمند، روند تحقیقات آینده شرح داده شده است.1) طراحی چارچوب استاندارد سازی جهانی برای ارتباطات ایمن در برنامه های شبکه هوشمند.2) ایجاد پروتکل های جدید یا تغییر پروتکل های قدیمی برای نیازهای برنامه های شبکه هوشمند.3) بررسی تکنیک ها و معیارهای جدید مانند داده کاوی ، مبتنی بر آماری ، مبتنی بر تشخیص دانش، مبتنی بر تئوری اطلاعات، مبتنی بر یادگیری ماشین، برای ارزیابی روش های امنیت سایبری و راه حل های پیشنهادی برای مناسب بودن برنامه های شبکه هوشمند.4) ارزیابی مسائل مربوط به امنیت سایبری ناشی از ادغام DER ها در شبکه هوشمند.5) معماری چارچوب های آگاهی موقعیتی در سطح وسیع برای راه حل های دفاع سایبری.6) تکامل تکنیک های امنیتی برای حملات روز صفر.7) ایجاد سیستم هایی که می توانند به ثبت اطلاعات برای تجزیه و تحلیل پزشکی قانونی و کنترل های حسابرسی کمک کنند.8) خصوصاً برای AMI و کنتورهای هوشمند، ایجاد IDS / IPS آگاه از زمینه برای شناسایی، جلوگیری و هشدار تغییرات غیر منتظره در رفتار سیستم.9) ایجاد مکانیزم های خود ترمیمی پویا مانند انعطاف پذیری مبتنی بر ابر.وقتی بسیاری از قسمتهای ICT طراحی شد، دفاع از بدافزار در اولویت نبود و حملات سایبری نادر بود. اما وضعیت امروز ناخوشایند است. از آنجا که شبکه هوشمند مبتنی بر اینترنت اشیا وابستگی زیادی به اینترنت و ICT دارد، ICT انعطاف پذیر پیش نیاز عملکرد قابل اعتماد در برنامه های شبکه هوشمند است. بنابراین، ICT تعبیه شده باید از سوء عملکرد جلوگیری کند و نباید نفوذ توسط عوامل مخرب را تسهیل کند. این یک الزام اجباری برای سیستم های شبکه هوشمند است. علاوه بر این، به دلیل طولانی بودن عمر سیستم های اتوماسیون، فقط می توان پیشرفت ها را به تدریج و با گذشت زمان انجام داد. تلاش شده است تا با ایجاد استانداردهای جدید که نحوه تقویت سیستم ها و پروتکل های قدیمی را توصیف می کند، این مسائل حل شود. هدف از تلاش ها امنیت بهتر در مورد حملات مخرب است.چندین استاندارد برای استاندارد سازی جهانی در سیستم های شبکه هوشمند ارائه شده است. از این تلاشهای استانداردسازی می توان برای تهیه روشهای ارزیابی امنیتی منظم برای اجزای شبکه هوشمند استفاده کرد. بنابراین، معاملات مطمئن و قابل اطمینان می تواند اطمینان داشته باشد. از آنجا که توصیه های استاندارد سازی توسط متخصصان مختلف در یک فرآیند طولانی مدت ارزیابی می شود، بنابراین آنها اطمینان بالایی از ایمنی، سازماندهی و کامل بودن آنها را نشان می دهند. این فعالیتهای استاندارد سازی با نگرانی های سایبری و امنیت فیزیکی در برنامه های شبکه هوشمند سروکار دارند، گواهینامه آنها را تسهیل می کنند، اعتبار مشتریان را کسب می کنند و یک مزیت رقابتی در بین سازمانها ایجاد می کنند.بسیاری از دستگاه های اینترنت اشیا می توانند با یکدیگر ارتباط برقرار کنند، اما هنوز زبان جهانی برای اینترنت اشیا وجود ندارد. فقدان استانداردها، به ویژه برای پروتکل ها و معیارها، به جای مجموعه ای از راه حل های به راحتی یکپارچه و ترکیبی، منجر به مجموعه ای متلاشی شده است. بنابراین، تولیدکنندگان دستگاه باید از بین چارچوبهای مختلف ترجیح دهند و همچنین کاربران باید تصمیم بگیرند که آیا دستگاههای مورد نظر آنها با آنها سازگار هستند.از آنجا که اکثر دستگاه های اینترنت اشیا دارای پروتکل های امنیتی سختگیرانه و مکانیسم های رمزنگاری امن نیستند، هک کردن آنها آسان است. فعال کردن اتصال برای دستگاه های اینترنت اشیا موجود اولویت است. بنابراین، توسعه دستگاه ها و برنامه های شبکه هوشمند IoTbased بدون توجه زیاد به امنیت سایبری یک چالش بزرگ است.و در آخر نتیجهامنیت سایبری یک مسئله مهم و اساسی برای برنامه های شبکه هوشمند مبتنی بر اینترنت اشیا است. مسائل امنیتی شبکه هوشمند شامل جمع آوری داده ها و دستگاه های کنترل مانند PLC، کنتورهای هوشمند، IED ها، RTU و PMU ها است. همچنین چالش های امنیتی شبکه شامل دیوارهای آتش، سناریوهای حمله، اقدامات متقابل، رمزگذاری، تجزیه و تحلیل نفوذ، تجزیه و تحلیل پزشکی قانونی و روترها وجود دارد. طبقه بندی حملات سایبری برای در نظر گرفتن عوامل مهم امنیت اطلاعات، روشی کاملاً سازمان یافته و مفید برای ارائه راهکارهای عملی برای حملات فعلی و آینده در برنامه های شبکه هوشمند را امکان پذیر می کند. علاوه بر این، با توجه به ویژگی های برنامه های شبکه هوشمند، لازم است راه حل های خاصی برای نیازهای خصوصی آنها ایجاد شود. به دلیل خطرات امنیتی در زمینه مشترک فناوری اطلاعات، می توان نتیجه گرفت که تقریباً همه جنبه های مرتبط با فناوری اطلاعات در برنامه های شبکه هوشمند دارای آسیب پذیری بالقوه ای هستند. بنابراین، مسائل مربوط به امنیت سایبری در برنامه های شبکه هوشمند تحت تحقیق است و برای دفاع در برابر حملات سایبری و آسیب پذیری ها نیاز به تحقیقات عمیق تر دارد. در این مقاله، محققان می توانند درک بیشتری از اهداف، الزامات و روند تحقیقات آینده شبکه سایبری شبکه هوشمند پیدا کنند. علاوه بر این، ما یک بررسی جمع و جور از تهدیدات امنیت سایبری و راه حل های دفاعی برای برنامه های شبکه هوشمند ارائه می دهیم. علاوه بر این، ما تحقیقات اخیر در مورد شبکه هوشمند را از منظر امنیت مرور می کنیم و در ابتدا زمینه شبکه هوشمند را معرفی می کنیم و سپس در مورد مزایا، ویژگی ها و مولفه های اصلی بحث می کنیم. در مرحله بعدی، ما در برنامه های شبکه هوشمند چند راه حل در برابر تهدیدات سایبری معرفی می کنیم. پس از آن، ما روند آینده مرتبط با امنیت شبکه هوشمند را تجزیه و تحلیل می کنیم. سهم قابل توجه مقاله نظرسنجی این است که این مقاله راه حل های خاصی برای تهدیدات در برنامه های شبکه هوشمند مبتنی بر اینترنت اشیا ارائه می دهد و فرصت های تحقیقاتی احتمالی محققان را برای ارائه رهنمودهای تحقیق در آینده برجسته می کند.برای مشاهده و دانلود مقاله به زبان اصلی و منابع اینجا کنید.این اولین نوشته من در سایت ویرگول بود، امیدوارم مفید بوده باشه برای دوستان!