信息物理系統(tǒng) (Cyber-physical system, CPS) 這一概念是由美國(guó)科學(xué)家 Gill 于2006 年在美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金委員會(huì)上提出的，被認(rèn)為有望成為繼計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)之后世界信息技術(shù)的第三次浪潮，其核心是 3Cs (Computation, communication, control) 的融合。智能電網(wǎng)是利用信息技術(shù)優(yōu)化從供應(yīng)者到消費(fèi)者的電力傳輸和配電網(wǎng)絡(luò)。作為一種信息物理系統(tǒng)，智能電網(wǎng)由物理設(shè)備和負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)計(jì)算與通信的網(wǎng)絡(luò)組成，將 3Cs 技術(shù)融合貫穿于發(fā)電、輸電、配電和用電四大環(huán)節(jié)，用以提升電網(wǎng)的各項(xiàng)性能指標(biāo)，包括穩(wěn)定性、有效性、可靠性、安全性等。

隨著新技術(shù)和更容易獲取的能源數(shù)據(jù)的使用，智能電網(wǎng)將受到多種攻擊的威脅，安全性變得尤為重要。智能電網(wǎng)的諸多安全問(wèn)題會(huì)出現(xiàn)在通信網(wǎng)絡(luò)和物理設(shè)備這兩個(gè)層面，例如注入壞數(shù)據(jù)和收集客戶隱私信息的網(wǎng)絡(luò)攻擊，攻擊電網(wǎng)物理設(shè)備的物理攻擊等。網(wǎng)絡(luò)攻擊者通過(guò)攻擊智能電網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，獲得未經(jīng)授權(quán)的特權(quán)來(lái)控制物理過(guò)程的功能。物理攻擊者通過(guò)攻擊智能電網(wǎng)的物理設(shè)備，導(dǎo)致電網(wǎng)在發(fā)電、輸電、配電、用電等環(huán)節(jié)中斷以及電力系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的改變等。

目前，智能電網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)安全性研究已經(jīng)取得了顯著成績(jī)，如孫秋野等^[1]指出，能源互聯(lián)網(wǎng)作為一個(gè)融合信息系統(tǒng)與物理能源系統(tǒng)的綜合復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)，控制優(yōu)化相對(duì)復(fù)雜，且因與互聯(lián)網(wǎng)的相似性，使得能源互聯(lián)網(wǎng)信息物理安全將成為網(wǎng)絡(luò)研究熱點(diǎn)問(wèn)題之一。Luo 等^[2]研究了虛假數(shù)據(jù)注入攻擊下，大規(guī)模智能電網(wǎng)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)安全問(wèn)題，提出了一種基于觀測(cè)器的算法，通過(guò)使用實(shí)時(shí)同步相量測(cè)量來(lái)檢測(cè)和隔離網(wǎng)絡(luò)攻擊。Hasan 等^[3]研究了資源受限的智能電網(wǎng)中的網(wǎng)絡(luò)安全規(guī)劃問(wèn)題，為能源 SCADA 系統(tǒng)提出了一個(gè)基于中心的信任系統(tǒng)配置方案，利用中心性測(cè)量提升安全保護(hù)。近年來(lái)使用博弈論分析智能電網(wǎng)安全的研究越來(lái)越多。Hewett 等^[4]在攻擊者和安全管理者之間構(gòu)建了雙人非零和的完全信息動(dòng)態(tài)博弈，通過(guò)逆向歸納法求出納什均衡解。當(dāng)系統(tǒng)遭遇攻擊時(shí)，防護(hù)者根據(jù)納什均衡解能夠及時(shí)地做出準(zhǔn)確的決策。Maharjan等^[5]提出了一種公用事業(yè)公司和終端用戶之間的斯塔克伯格博弈方法，分析了智能電網(wǎng)的需求響應(yīng)管理，最大化事業(yè)公司的收入和每個(gè)用戶的收益。Ma 等^[6]利用多動(dòng)態(tài)博弈策略分析電力市場(chǎng)中的擁塞攻擊。攻擊者通過(guò)擁塞攻擊減少攜帶測(cè)量信息的信道數(shù)量來(lái)操縱區(qū)域邊際價(jià)格，從而獲得盈利。防護(hù)者能夠保證采用有限數(shù)量的信道就可以進(jìn)行信息交付。

其次，考慮了攻擊者和防護(hù)者之間的序貫博弈模型，能夠有效地幫助防護(hù)者進(jìn)行決策分析。利用逆向歸納法分別對(duì)兩種類型的攻擊者和防護(hù)者之間的序貫博弈樹(shù)進(jìn)行分析，根據(jù)均衡路徑選擇最優(yōu)策略。通過(guò)貝葉斯博弈和序貫博弈樹(shù)分析，確定攻擊者的類型，并且根據(jù)均衡路徑可以得到攻擊者的相對(duì)最優(yōu)攻擊策略和防護(hù)者的相對(duì)最優(yōu)防護(hù)策略，為保證智能電網(wǎng)的安全運(yùn)行提供參考。

[1] 孫秋野, 滕菲, 張化光. 能源互聯(lián)網(wǎng)及其關(guān)鍵控制問(wèn)題. 自動(dòng)化學(xué)報(bào), 2017, 43(2): 176-194.

[2] Luo X Y, Yao Q, Wang X Y, Guan X P. Observer-based cyber attack detection and isolation in smart grids. International Journal of Electrical Power and Energy Systems, 2018, 101: 127-138.

[3] Hasan M M, Mouftah H T. A study of resource-constrained cyber security planning for smart grid networks. In: Proceedings of the 2016 IEEE Electrical Power and Energy Conference. Ottawa, Canada: IEEE, 2016. 1-6.

[4] Hewett R, Rudrapattana S, Kijsanayothin P. Cyber-security analysis of smart grid SCADA systems with game models. In: Proceedings of the 9th Annual Cyber and Information Security Research Conference. Oak Ridge, Tennessee, USA: ACM, 2014. 109-112.

[5] Maharjan S, Zhu Q Y, Zhang Y, Gjessing S, Basar T. Dependable demand response management in the smart grid: a Stackelberg game approach. IEEE Transactions on Smart Grid, 2013, 4(1): 120-132.

[6] Ma J H, Liu Y T, Song L Y, Han Z. Multiact dynamic game strategy for jamming attack in electricity market. IEEE Transactions on Smart Grid, 2015, 6(5): 2273-2282.

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