能源系统网络安全风险评估方法：系统性文献综述

《Journal of Information Security and Applications》：Cyber security risk assessment methods for energy systems: A systematic literature review

　　

近几十年来，能源控制网络已从“孤岛”转变为具有生态系统般相互依赖关系的大规模数字化智能电网。这一转变为各种此前不可能的网络安全风险打开了道路。必须仔细评估和处理这些网络安全风险，以确保对社会和经济至关重要的行业之一的平稳运行。本综述审视了专门针对能源系统设计的网络安全风险评估（CRA）方法。尽管该主题至关重要，但目前尚无全面研究来审视能源行业CRA的成就。本文识别了能源行业的关键特性，并为能源领域内的CRA方法论建立了标准。研究人员识别了现有针对能源行业的CRA方法，审视了其核心方面，并依据研究人员提出的能源特定标准对其进行了分析。本综述从不同角度考虑了该问题，包括对成熟CRA框架、综合性CRA方法以及那些侧重于评估特定威胁或系统类型的CRA方法的评估。研究人员的分析揭示了关键差距，并概述了加强能源特定CRA框架的研究方向。本综述对于为能源行业应用和设计CRA框架的网络安全IT专家尤为有价值。

**论文解读：能源系统网络安全风险评估方法系统性综述**

**研究背景与问题**

传统电力系统的IT网络最初在隔离环境中运行。随着网络技术发展，能源系统开始接入互联网，智能电网概念引入开启了未来电力系统运行的新纪元。尽管研究人员仅处于转型初期，但能量系统向更数字化、分布式发展的趋势不可否认。然而，数字化也带来了新的风险，尤其是针对能源行业的网络攻击数量逐年增加。这些攻击既有盲目的服务攻击，也有旨在破坏电力系统运行的高针对性攻击。网络安全风险必须得到正确评估，以便进行合理处置。网络安全风险评估（CRA）是一种公认的实践，其框架指导分析人员识别潜在威胁、现有漏洞和有价值资产，并估计不利事件的概率和预期损失。尽管风险评估（RA）过程已基本标准化（如ISO 31000），但其在特定领域的实际应用需要大量领域专业知识。这种专业知识在能源等近期才与IT深度融合的行业中往往缺乏。目前，尚无综合性研究来审视该主题的成果，且最知名的CRA工具和方法论（如CORAS、OCTAVE、MAGERIT等）也未提供针对能源领域的专门支持。因此，开展此项研究至关重要。

**研究内容与结论**

为填补这一空白，研究人员开展了一项系统性文献综述，旨在分析现有CRA框架和方法多大程度上满足了能源行业的需求。研究人员首先识别了能源领域的核心特性，并基于此制定了针对能源领域CRA的评估标准。随后，通过系统检索和筛选，研究人员识别出三类CRA方法：成熟框架、新型综合性方法和特定方法，并依据能源特定标准对其进行了深入分析。分析发现，尽管科学文献中提出的方法数量在增长，但大多数方法仅在后果评估方面具有能源特异性，其他步骤较为通用。目前，唯一专门为能源系统设计的CRA框架是SGIS，但它受到颇多批评。而NESCOR报告虽提供了最全面的能源特定支持，却并非一个独立的框架。研究揭示了关键差距，并指出了未来研究方向，这对于为能源行业设计CRA框架的网络安全专家具有重要价值。该论文发表于《Journal of Information Security and Applications》。

**主要关键技术方法**

研究人员为开展此项研究，主要采用了系统性文献综述方法。研究人员遵循了[55]中概述的方法论和PRISMA指南的关键要素，以确保综述过程的透明性、可重复性和可靠性。研究范围包括ACM、IEEE Xplore、Scopus、MDPI、Google Scholar和Web of Science等数据库，检索关键词为“‘risk assessment’ AND (‘smart grid’ OR ‘electrical grid’ OR ‘cyber-physical system’ OR ‘energy system’)”，并进一步筛选出包含“cyber”的文章。通过题名和摘要初筛及全文复筛，最终纳入符合标准的文献。研究进一步将文章分为“Inapplicable”、“Insufficient”、“Specific”和“Full”四类，并针对“Full”（全新的综合性CRA方法）和“Specific”（特定威胁或系统类型的CRA方法）以及“Well-known”（成熟框架）三类进行深入分析，并依据研究人员制定的能源特定标准进行评价。

**研究结果**

**5.1. 成熟的网络安全风险评估框架与工具**
通过分析，研究人员识别出7个最常被引用的成熟CRA框架（如OCTAVE, CORAS, MéHARI等）以及NESCOR报告和SGIS框架。结论是，大多数成熟框架是通用方法，未针对能源行业定制。只有SGIS框架和NESCOR报告是明确为CPES（能源聚焦的赛博物理系统）开发的，但前者未提供即插即用工具，后者本身并非一个完整的方法。

**5.2. 新型综合性CPES网络安全风险评估方法**
研究人员发现了10种全新的综合性CRA方法。分析表明，这些方法虽覆盖了风险评估的大部分步骤，但很少具有能源特异性。多数方法仅在后果的识别和评估上具有能源特色。这些方法严重依赖专家意见来设定初始值，突显了在缺乏有效统计数据情况下开发可靠定量CRA的困难。

**5.3. 新型特定CPES网络安全风险评估方法**
研究人员发现了11种针对特定威胁或系统类型的CRA方法。这些方法同样侧重于后果评估，但考虑的后果类型更为多样，且在所选标准上更具特异性。相比于综合性方法，特定方法覆盖了更多能源特定标准，为综合性风险评估提供了可借鉴的实践，如评估物理后果、经济效应以及特定攻击（如FDI攻击、级联效应）的影响。

**5.4. 网络安全风险评估框架分析**
针对研究问题RQ1、RQ2和RQ3，分析得出：现有综合性CRA方法大多覆盖了风险评估过程步骤，但能源特异性不足。NESCOR为CPES CRA提供了最佳支持，其次是SGIS。科研方法仅在后果评估上具有能源特异性。特定方法比综合性方法更深入地扎根于能源领域，但覆盖范围有限。

**讨论与结论**

**讨论部分总结：** 讨论部分（第6节）基于分析，指出了未来开发CPES CRA的几个研究方向。这些方向包括：开发一个基于NESCOR的、专用于能源系统的综合性CRA方法；开发能源特定的系统与风险模型以更好地识别威胁和级联后果；整合对特定攻击（如FDI、级联效应、多目标攻击）的评估；对齐影响评估标准；解决技能差距和遗留系统问题；考虑智能设备、微电网带来的模块化风险；评估针对关键基础设施的灾难性风险；解决数据不足的问题以支持定量分析；开发客观的、减少对专家依赖的风险评估方法；以及探索利用人工智能（AI）和量子技术提升CRA能力的可能性。

**研究结论：** 能源行业面临众多网络安全风险，需要结合其特性进行适当的CRA。然而，本综述表明，大多数现有CRA框架仅支持通用方法论，让分析人员自行识别领域特定的RA参数和相互依赖关系。目前只有一个CRA框架（即SGIS框架）是专门为能源系统设计的；然而，它受到了相当大的批评，并且尚不清楚该框架是否仍在被支持。最适合CPES CRA的倡议是NESCOR；然而，它主要提供支持，而非一个独立的框架。科学文献中提出了几种CRA方法。尽管可用文章数量不多，但增长迅速，反映了对该主题日益增长的兴趣。对已识别综合性方法的分析表明，它们主要在后果评估方面具有能源特异性，而其他领域特性则更为通用。特定的CRA方法在能源领域扎根稍深，但在开发专用于CPES的综合性CRA技术方面仍有很大的研究空间。在本文中，研究人员提出了针对智能电网的CPES CRA特定标准，并概述了几个有前景的研究与开发方向，例如开发合适的模型、对齐影响标准、聚焦领域特定威胁、在分析中正确处理智能设备和微电网、对统计数据的需求，以及利用创新技术来辅助专用CRA。