Атаки с подменой данных на оценку состояния в электрических сетях

Электрическая сеть представляет собой сложную систему, соединяющую генераторы электроэнергии с потребителями через сети передачи и распределения электроэнергии на большой географической территории. Для обеспечения надежной работы сетей необходимо их мониторинг, а оценка состояния используется в мониторинге для наилучшего определения состояния сети на основе анализа показаний счетчиков и моделей энергетической системы. Разработаны различные методы обнаружения и идентификации неверных измерений, включая взаимодействующие некорректные измерения, вызванные произвольными, неслучайными причинами. На первый взгляд кажется, что эти методы также способны противостоять злонамеренным измерениям, внедренным злоумышленниками. В этой статье мы выявляем ранее неизвестную уязвимость существующих алгоритмов обнаружения неверных измерений, представляя и анализируя новый класс атак, называемых атаками с подменой данных, на оценку состояния в электрических сетях. При допущении, что злоумышленник может получить доступ к текущей информации о конфигурации энергосистемы и манипулировать измерениями счетчиков в физически защищенных точках, таких как подстанции, такие атаки могут вводить произвольные ошибки в определенные переменные состояния без обнаружения существующими алгоритмами. Кроме того, мы рассматриваем два сценария: когда атакующий ограничен конкретными счетчиками или когда у него ограничены ресурсы для компрометации счетчиков. Мы показываем, что в обоих сценариях атакующий может систематически и эффективно конструировать векторные атаки для изменения результатов оценки состояния произвольным образом. Мы также распространяем эти атаки на обобщенные атаки с подменой данных, которые могут дополнительно усилить влияние за счет эксплуатации ошибок измерений, как правило допускаемых при оценке состояния. Мы демонстрируем успешность этих атак посредством моделирования на тестовых системах IEEE, а также обсуждаем практическую реализуемость этих атак и реальные ограничения, снижающие их эффективность.