طرح مدیریت کلید برای ارتباطات ایمن زیرساخت سنجش پیشرفته در شبکه هوشمند

چکیده

واژگان کلیدی

 معرفی

ویژگی های سیستم AMI و مشکلات طراحی KMS

ساختار سیستم AMI 

پیام ها در سیستم AMI 

مشکلات و راه حل های موجود

نکات ابتدایی و توضیحات

چارچوب KMS 

 مدیریت کلید برای ارتباط تک پخشی

پروسه مدیریت کلید ارتباط تک پخشی

تدبیر به روز رسانی کلید

مدیریت کلید برای ارتباط انتشار گسترده

پروسه مدیریت کلید انتشار گسترده

مدیریت کلید برای ارتباط چندگانه

 تحلیل نیازمندی ها

تولید و استفاده از کلید دوره ای در یک گروه پروژه DR

 بازتولید و به روز رسانی کلید زمانی که کاربران درخواست شرکت یا ترک یک پروژه DR را دارند

 تدبیر به روز رسانی کلید

تحلیل امنیت

 تولید کلید

امنیت رفت و برگشت

 تحلیل عملکرد

حجم ذخیره سازی 

 زمان صرف شده برای محاسبه

 زمان صرف شده برای توزیع:

نتیجه گیری

ترجمه شکل ها

1. ساختار سیستم AMI


2. ارتباط و حالت های انتقال بین MS و SXها.

1. ارتباطات بین MS و SXها.


2. روش انتشار چندپخشی برای تمام SXها.


3. روش انتشار چندگانه برای SXهای مشترک در پروژه های DR


4. روش انتشار تک پخشی بین MS و هریک از SXها.

1. چارچوب مدیریت کلید بر پایه نمودار کلید


2. مثال چارچوب مدیریت کلید


3. پروسه مقداردهی اولیه


4. پروسه ارتباطی انتشار تکی.a) از MS به SX. b) از SX به MS.


5. پروسه ارتباط انتشار گسترده


6. پروسه ارتباط انتشار چند پخشی


7. بازتولید و به روز رسانی کلید زمانی که کاربران جدید مشارکت کرده یا از پروژه DR خارج می شوند.a) درخواست کاربر برای مشارکت یا خروج از پروژه DR. b) بازتولید و توزیع گروه جدید و مقدار اضافه

جدول 1- مشخصات پیام های AMI

جدول 2- تدابیر به روز رسانی ارتباط تک پخشی

جدول3 – تدابیر به روز رسانی کلید برای ارتباط چندگانه

جدول 4 - تدابیر به روز رسانی کلید برای گروه های پروژه DR بدون تغییر

جدول 5- تدابیر به روز رسانی کلید وقتی که کاربران جدید به گروه های پروژه DR اضافه می شوند.

جدول 6- کلید ها و داده های وابسته ذخیره شده در MS و SX.

جدول 7 – روش محاسبه حجم ذخیره سازی

جدول 8 – حجم ذخیره سازی طبق تعداد پروژه های DR و SXها.

جدول 9 – روش محاسبات حجم محاسبه.

جدول 10 – زمان صرف شده در هر SX.

جدول 11 – زمان صرف شده برای محاسبه در MS(حالت های انشار واحد و گسترده)

جدول 12- زمان صرف شده برای محاسبه در MS( حالت انتشار چندگانه)

جدول 13 – زمان صرف شده برای توزیع

زیرساخت سنجش پیشرفته (AMI) یکی از اجزای مهم شبکه هوشمند است. برای کاربردهای سیستم AMI، امنیت مجازی از قبل باید در نظر گرفته شود. به منظور تضمین قابلیت اطمینان و یکپارچگی، یک طرح مدیریت کلید(KMS) برای حجم زیادی از سنجش های هوشمند(SMs) و وسایل لازم است که مطمئنا تا کنون یک مسدله حل نشده است. در مقایسه با سیستم های دیگر، AMI سه ویژگی منحصر به فرد دارد که به دقت باید مورد بررسی قرار گیرند. این سه ویژگی شامل روش انتقال ترکیبی پیام، ذخیره سازی و محاسبه مسادل مربوط به SM ها و مشترکین متغیر در پروژه های پاسخ به تقاضا (DR) می شود. به دلیل مواجهه با تجهیزات امنیتی و بررسی ویژگی های متمایز، یک KMS نوین ارائه می شود. ابتدا، چارچوب مدیریت کلید یک سیستم AMI که بر مبنای نمودار کلید ساخته می شود. به علاوه سه پروسه مختلف مدیریت کلید به منظور مواجهه با روش های انتقال هیبرید طراحی می شوند که شامل مدیذیت کلید برای روش های انتشار تکی، گسترده و چندگانه می شود. الگوریتم های رمزنگاری نسبتا ساده ای برای تولید تدابیر به روز رسانی ناشی از ذخیره سازی و محاسبه مسائل مربوط به SM ها انتخاب می شوند. به دلیل اینکه عوامل در پروژه DR ثابت نیستند، کلیدهای به روز رسانی امنیتی خاص طراحی می شوند. در نهایت، امنیت و عملکرد KMS تحلیل می شود.طبق نتایج، طرح ارائه شده یک راه حل ممکن برای سیستم های AMI است.

تکنولوژی نوظهور ASA برای شبکه هوشمند با زیر ساخت سنجش پیشرفته (AMI) [1]، سیستم و شبکه استفاده شده برای سنجش، جمع آوری، ذخیره، تحلیل و استفاده از اطلاعات مصرف انرژی می باشد که یک پل ارتباطی مناسب بین مصرف کننده ها و تاسیسات توان برق ایجاد می کند. به منظور ارائه طرح های ممکن انتشار برای فراهم کردن یک محدوده وسیع کاربردها در آینده، تکنیک های شبکه باز و اطلاعات برای شبک هوشمند [2] [3] معرفی شده اند که امکان تهدید امنیت مجازی را افزایش می دهد[4] [5]. به طور کلی الزامات امنیت مجازی AMI شامل قابلیت اطمینان، یکپارچگی و قابلیت دسترسی[6] می باشد. قبل از اینکه AMI بتواند گسترش یابد، قابلیت اطمینان برای حریم و رفتار مصرف کننده، مانند تعیین آدرس پیام برای سنجش میزان تشعشع، پاسخ به تقاضا (DR) و پیام های کنترل بار، نیازمندی های امنیتی مهمی هستند که باید توسعه داده شوند. تحقق قابلیت اطمینان و یکپارچگی با پروتکل های رمزگذاری و تعیین آدرس قابل حل هستند که به امنیت کدهای مخفی بستگی دارد. به منظور تعیین امنیت، باید ذکر کرد که مدیریت کلید برای طیف گسترده ای از وسایل در سیستم های AMI بسیار حیاتی هستند. طرح مدیریت کد (KMS) همواره توسط یک قالب کد سازمانی تولید کد، به روز رسانی، توزیع، تدابیر ذخیره سازی و غیره ساخته می شود. اخیرا، چندین مورد تحقیق در مورد مدیریت کلید سیستم های AMI ارائه شده است. یک طرح مجتمع با قابلیت اطمینان و تعیین آدرس می تواند برای تامین ارتباطات AMI در [7] ارائه شود که قادر به ارائه سرویس های درست، حریم داده و یکپارچگی را توسط تعیین آدرس دوجانبه می باشد. چندین پروتکل کاربردی نمونه برای کاربردهای مرسوم AMI در [8] تحلیل و مقایسه شده اند که از مکانیزم های امنیتی مانند استاندارد رمزگذاری پیشرفته (AES)، رمزگذاری و کدهای عمومی تعیین آدرس زیرساخت ها استفاده می کند.نتایج این مقالات با مدیریت کلید ارتباط دارند؛ اما تمرکز بر سازو کار مخفی سازی و تعیین آدرس برای کاربردهای AMI است که شامل ادوات تعیین آدرس، قابلیت اطمینان و یکپارچه سازی پیام می باشد. چگونگی مدیریت کدها برای تعداد قابل توجهی از وسایل هوشمند در سیستم های AMI موضوعی است که هنوز به راه حل های های کامل نیازمند است. فرض می کنیم که شبکه AMI بر مبنای شبکه حسگر بی سیم ac hoc، یک استقرار کلید و الگوریتم امنیتی مبنی بر رمزنگاری کد عمومی است که در [9] ارائه می شود. به دلیل توسعه شبکه هوشمند در کشورهای مختلف، شبکه های AMI انواع مختلفی هستند [10] [11]، در نتیجه کاربرد این الگوریتم ها انحصاری می شوند.در [12] به اهمیت مدیریت کد اشاره شده بود، اما هیچ طرح ارائه شده خاصی وجود نداشت. علاوه بر این بعضی از KMS ها، برای ارتباطات ایمن سیستم های کنترل قدرت، سیستم های اسکادا(کنترل نظارتی و کسب داده) و سیستم های حفاظت ناحیه گسترده [13] – [15] ارائه شده بودند. گرچه این KMSها همراه با آنهایی که در سیستم های عمومی IT استفاده می شوند، مشکلاتی در اعمال مستقیم به یک سیستم AMI دارند؛ چونکه آنها از حیث ساختار، ویژگی پیام و نیازمندی ها با هم متفاوت هستند. از نتایج تحقیقات موجود می توان فهمید که KMS ارائه شده بیشتر برای یک سیستم AMI خاص هستند. ممکن است زمانی که عوامل کاربردی، ارتباطات و تکنولوژی اطلاعات عوض می شوند، KMS قابل استفاده نباشد؛گرچه تا کنون بیشتر سیستم های AMI در حالت آزمایشی بودند. هنوز هم درجه ای از عدم قطعیت در آینده وجود دارد. به علاو، ساختار و توسعه یک سیستم AMI در کشورها و نواحی مختلف همسان نیستند. از نظر تجهیزات کاربردی، عواملی که نیاز به گسترش دارند نیز متفاوت هستند. برخی از کاربردها مانند سنجش، اندازه گیری و نظارت بسیار ساده هستند.برخی دیگر نسبتا پیچیده هستند و آنها برای بررسی کاربردهای DR و کنترل بار به کار می روند. به طور مشابه، همچنین روش های ارتباطی متنوعی وابسته به ملزومات کاربردی و اولویت کاربر وجود دارد. به دلایل ذکر شده، ما سعی می کنیم KMS کاربردی تری برای سیستم های AMI ارائه دهیم. به منظور خلاصه سازی مشخصات و روش های AMI، معتقدیم که ساختار و اجزای AMI نسبتا بدون تغییر می شوند. به عبارت دیگر، هدف اصلی مدیریت کلید، سنجش هوشمند (SMs) است که ثابت می باشد. بنابراین، یک قالب مدیریت کلید مبنی بر نمدار کلید برای مدیریت کلیدهای محدوده وسیعی از SM ها ارائه می شود. عوامل AMI ثابت نیستند، اما می توانیم یک KMS برای مجموعه عوامل ممکن طراحی کنیم. در شرایط واقعی، کاربران می توانند بخشی از KMS را برای کاربردی خاص انتخاب کنند. همچنین ارتباطات بدون تغییر نیست. اما ویژگی های پیام انتقالی در کانال ارتباطی می تواند بر حسب الزامات عملکرد انتخاب شود.در پاسخ به این وضعیت، سه نوع از پروسه های مدیریت انواع پیام طراحی می شوند. به منظور بررسی الزامات زمانی عوامل، محاسبه و محدودیت های ذخیره سازی SM ها، تدابیر بازتولید و به روزرسانی کلید ویژه ای در هر یک از پروسه ها طراحی می شوند. باقیمانده محتوای این مقاله به شرح زیر سازماندهی خواهد شد. بخش 2 روی ساختار پیام و یک سیستم AMI مطالعه می کند . سپس ویژگی های اساسی مربوط به مدیریت کلید را خلاصه می کند. طبق این ویژگی ها، مشکلات طراحی KMS برای AMI تحلیل می شود و راه حل های ممکن مشابه ارائه می شود. از بخش 3 تا 5 یک KMS نوین ارائه می شود. در بخش 3 چارچوب و قالب بندی KMS تشریح می شود. بخش های 5 و 6 پروسه های مدیریت کلید را به ترتیب برای ارتباطات با انتشار واحد، گسترده و چندگانه ارائه می کند. علاوه بر این، امنیت و عملکرد KMS به ترتیب در بخش های 7 و 8 تحلیل می شوند. در پایان یک نتیجه گیری در بخش 9 ارائه خواهد شد.