Sicherheit in elektrischen Umspannwerken mit IED PUF Probe verbessern

Intelligente elektronische Geräte (IEDs) sind wichtige Teile von elektrischen Umspannwerken. Die behalten den Überblick über den Strom und helfen, das System vor Fehlern zu schützen. Wegen ihrer Rolle ist es super wichtig, dass diese Geräte echt sind und richtig funktionieren. Es gibt Regeln und Standards, die den sicheren Austausch von Informationen zwischen IEDs unterstützen, aber die physische Sicherheit wird oft vernachlässigt. Diese Nachlässigkeit hat dazu geführt, dass es immer mehr gefälschte oder beschädigte elektronische Produkte auf dem Markt gibt.

Um dieses Problem zu lösen, wurde ein neues Gerät namens IED PUF-Probe eingeführt. Dieses Gerät nutzt eine sogenannte Physikalische Unklonbare Funktion (PUF), um einzigartige Signaturen von IEDs zu erstellen. Diese Signaturen funktionieren wie Fingerabdrücke und helfen, die IEDs zu identifizieren und zu authentifizieren. Das Ziel ist, diese entscheidenden Geräte vor Fälschungen zu schützen.

#Hardware-Architektur der IED PUF-Probe

Die IED PUF-Probe besteht aus verschiedenen Teilen, die zusammenarbeiten, um einzigartige Signaturen von IEDs zu extrahieren. Der Fokus liegt auf einem speziellen Modell namens SEL-311C. Dieses Gerät kann mit anderen IEDs interagieren, aber es könnten Anpassungen für andere Modelle nötig sein. Dennoch bleibt die Kommunikationsmethode und der Authentifizierungsprozess bei allen IEDs gleich.

#Wie die Signatur-Extraktion funktioniert

Das Gerät überprüft verschiedene Komponenten innerhalb des IED, um einzigartige Informationen zu sammeln. Dazu gehört:

1. Diodenmerkmale: IEDs verwenden Relais mit Dioden. Diese Dioden haben unterschiedliche Spannungsreaktionen basierend auf Herstellungsunterschieden. Durch das Überprüfen dieser Spannungen können einzigartige Signaturen erstellt werden.

2. Interne Spannungen: Jedes IED hat mehrere interne Spannungsregler, die leicht unterschiedliche Spannungen ausgeben. Diese Abweichungen können ebenfalls verwendet werden, um einzigartige Signaturen zu generieren.

3. Taktperiode: Die interne Uhr des IED läuft in einem bestimmten Zeitintervall, das leicht variieren kann. Das ist ein weiterer Faktor, der hilft, eine einzigartige Identität für jedes IED festzulegen.

#Funktionsweise der IED PUF-Probe

Wenn der zentrale Computer eine Authentifizierungsanfrage sendet, antwortet die IED PUF-Probe mit ihrer einzigartigen Signatur. Dieser Prozess besteht aus zwei Hauptphasen:

#Phase I: Authentifizierungsprozess

In dieser Phase überprüft der Computer die Authentizität der IED PUF-Probe, indem er spezifische Parameter austauscht. Wenn alles stimmt, bestätigen beide Geräte, dass sie echt sind. Das hilft, unbefugten Zugriff zu verhindern und stellt sicher, dass nur verifizierte Anfragen bearbeitet werden.

#Phase II: IED-Authentifizierung

Sobald die Probe verifiziert ist, sendet der Computer zufällige Herausforderungen an die Probe und fragt nach spezifischen Spannungs- oder Taktdetails. Die Probe ruft die erforderlichen Informationen ab und erstellt eine Antwort. Der Computer vergleicht diese Antwort dann mit dem, was er in seiner Datenbank hat. Wenn die Informationen übereinstimmen, wird das IED als echt bestätigt.

#Experimentelle Einrichtung

Um dieses Gerät zu testen, haben Forscher eine praktische Umgebung mit verschiedenen Werkzeugen und Geräten eingerichtet. Sie haben die IED PUF-Probe mit dem SEL-311C IED verbunden und eine Reihe von Tests durchgeführt, um die Signaturen zu extrahieren und zu überprüfen. Diese Tests beinhalteten das Messen der Spannungen und Taktperioden über einen festgelegten Zeitraum.

#Ergebnisse

Die Tests zeigten, dass jedes IED in der Lage war, einzigartige Signaturen basierend auf den verschiedenen durchgeführten Messungen zu erzeugen. Diese Einzigartigkeit ist entscheidend, um ein IED von einem anderen zu unterscheiden, was wichtig ist, um Fälschungen zu verhindern.

#Spannungs- und Charaktervariabilität

Die Forscher fanden heraus, dass die Spannungen über die Dioden jedes IEDs erheblich variierten. Jedes Gerät hatte seine eigene Reihe von Spannungswerten, die über die Zeit konsistent waren. Das zeigt, dass die IED PUF-Probe zuverlässig Informationen extrahieren kann, die jedes IED genau repräsentieren.

#Konsistenz der Messungen

Über einen Zeitraum von zwei Wochen haben die Forscher die Leistung der IEDs unter verschiedenen Versorgungsvoltagen gemessen. Die Ergebnisse zeigten, dass trotz einiger Schwankungen die einzigartigen Merkmale jedes IED identifizierbar blieben. Diese Stabilität ist entscheidend für die langfristige Zuverlässigkeit des Authentifizierungsprozesses.

#Bedeutung einzigartiger Signaturen

Die Fähigkeit, einzigartige Signaturen für jedes IED zu erstellen, ist aus mehreren Gründen wichtig:

1. Fälschungsprävention: Mit einzigartigen Identifikatoren wird es viel schwieriger für gefälschte Geräte, auf den Markt zu gelangen oder im System richtig zu funktionieren.

2. Rückverfolgbarkeit: Wenn Probleme auftreten, können die einzigartigen Signaturen helfen, Geräte an ihre Quellen zurückzuverfolgen. Das kann bei der Qualitätskontrolle und Verantwortung helfen.

3. System Sicherheit: Durch die Sicherstellung, dass nur echte Geräte verwendet werden, wird die Gesamtsicherheit des elektrischen Systems aufrechterhalten, wodurch Risiken durch Cyberbedrohungen oder Geräteausfälle reduziert werden.

#Zukünftige Richtungen

Die Arbeit mit der IED PUF-Probe ist nur der Anfang. Künftige Forschungen zielen darauf ab, Herausforderungen wie die Auswirkungen des Alterns und externe Variationen, einschliesslich Änderungen der Stromversorgung, anzugehen. Das Ziel ist es, die PUF-Technologie noch robuster und auf andere Arten von IEDs verschiedener Hersteller anwendbar zu machen.

Wege zur Leistungsverbesserung in unterschiedlichen Umgebungen zu erkunden, wird entscheidend für die breite Akzeptanz sein. Da der Bedarf an zuverlässigen und sicheren elektronischen Geräten weiter wächst, sind Innovationen wie die IED PUF-Probe entscheidend für den Schutz kritischer Infrastrukturen.

#Fazit

Die IED PUF-Probe stellt einen vielversprechenden Fortschritt in der Sicherheit intelligenter elektronischer Geräte dar. Durch die Nutzung einzigartiger Hardware-Signaturen bietet sie eine zuverlässige Methode zur Authentifizierung von Geräten und zur Verhinderung von Fälschungen. Die experimentellen Ergebnisse bestätigen ihr Potenzial und zeigen, wie sie die Sicherheit und Integrität von elektrischen Umspannwerken verbessern kann. Während die Forscher weiterhin an dieser Technologie feilen und sie erweitern, sieht die Zukunft für sichere Stromsysteme vielversprechend aus.