Mejorando la seguridad en subestaciones eléctricas con el sensor IED PUF

Los Dispositivos Electrónicos Inteligentes (IEDs) son partes importantes de las subestaciones eléctricas. Hacen un seguimiento de la electricidad y ayudan a proteger el sistema de fallos. Debido a su papel, es crucial asegurarse de que estos dispositivos sean genuinos y funcionen correctamente. Hay reglas y estándares para ayudar con el intercambio seguro de información entre IEDs, pero a menudo se ignora la seguridad física. Esta falta de atención ha llevado a un aumento de productos electrónicos falsos o dañados en el mercado.

Para abordar este problema, se ha presentado un nuevo dispositivo llamado el IED PUF probe. Este dispositivo utiliza algo llamado una Función Física Inclonable (PUF) para crear Firmas únicas de los IEDs. Estas firmas actúan como huellas dactilares, ayudando a identificar y autenticar los IEDs. El objetivo es proteger estos dispositivos cruciales de ser falsificados.

#Arquitectura de Hardware del IED PUF Probe

El IED PUF probe está formado por diferentes partes que trabajan juntas para extraer firmas únicas de los IEDs. El enfoque está en un modelo específico llamado SEL-311C. Este dispositivo puede interactuar con otros IEDs, pero pueden ser necesarias modificaciones para diferentes modelos. Sin embargo, el método de comunicación y el proceso de Autenticación permanecen igual en todos los IEDs.

#Cómo Funciona la Extracción de la Firma

El dispositivo revisa diferentes componentes dentro del IED para recopilar información única. Esto incluye:

1. Características del Diodo: Los IEDs usan relés que tienen diodos. Estos diodos tienen diferentes respuestas de voltaje según las diferencias de fabricación. Al revisar estos Voltajes, se pueden crear firmas únicas.

2. Voltajes Internos: Cada IED tiene varios reguladores de voltaje internos que generan voltajes ligeramente diferentes. Estas desviaciones también se pueden usar para generar firmas únicas.

3. Período del Reloj: El reloj interno del IED funciona en un intervalo de tiempo específico que puede variar ligeramente. Este es otro factor que ayuda a establecer una identidad única para cada IED.

#Funcionamiento del IED PUF Probe

Cuando la computadora central envía una solicitud de autenticación, el IED PUF probe responde enviando su firma única. Este proceso consta de dos fases principales:

#Fase I: Proceso de Autenticación

En esta fase, la computadora verifica la autenticidad del IED PUF probe intercambiando parámetros específicos. Si todo está en orden, ambos dispositivos confirman que son genuinos. Esto ayuda a prevenir el acceso no autorizado, asegurando que solo se procesen solicitudes verificadas.

#Fase II: Autenticación del IED

Una vez que se verifica el probe, la computadora envía desafíos aleatorios al probe, pidiendo detalles específicos de voltaje o reloj. El probe recupera la información necesaria y genera una respuesta. Luego, la computadora compara esta respuesta con lo que tiene en su base de datos. Si la información coincide, se confirma que el IED es genuino.

#Configuración Experimental

Para probar este dispositivo, los investigadores establecieron un entorno práctico con varias herramientas y equipos. Conectaron el IED PUF probe al IED SEL-311C y usaron una serie de pruebas para extraer y verificar las firmas. Estas pruebas involucraron medir los voltajes y períodos de reloj durante un tiempo determinado.

#Resultados

Las pruebas mostraron que cada IED podía producir firmas únicas basadas en las diferentes mediciones tomadas. Esta unicidad es esencial para distinguir un IED de otro, lo cual es clave para prevenir la falsificación.

#Variabilidad de Voltaje y Características

Los investigadores encontraron que los voltajes a través de los diodos de cada IED variaban significativamente. Cada dispositivo tenía su propio conjunto de lecturas de voltaje, que eran consistentes a lo largo del tiempo. Esto indica que el IED PUF probe puede extraer información de manera confiable que representa con precisión cada IED.

#Consistencia en las Mediciones

Durante un período de dos semanas, los investigadores midieron el rendimiento de los IEDs bajo diferentes condiciones de voltaje de suministro. Los resultados mostraron que, a pesar de algunas fluctuaciones, las características únicas de cada IED seguían siendo identificables. Esta estabilidad es crucial para la fiabilidad a largo plazo del proceso de autenticación.

#Importancia de las Firmas Únicas

La capacidad de crear firmas únicas para cada IED es esencial por varias razones:

1. Prevención de Falsificaciones: Con identificadores únicos, es mucho más difícil que dispositivos falsos ingresen al mercado o funcionen correctamente dentro del sistema.

2. Rastreabilidad: Si surgen problemas, las firmas únicas pueden ayudar a rastrear los dispositivos hasta sus fuentes. Esto puede ayudar en el control de calidad y la responsabilidad.

3. Seguridad del Sistema: Al asegurarse de que solo se usen dispositivos genuinos, se mantiene la seguridad general del sistema eléctrico, reduciendo riesgos de amenazas cibernéticas o fallos de dispositivos.

#Direcciones Futuras

El trabajo relacionado con el IED PUF probe es solo el comienzo. La investigación futura tiene como objetivo abordar desafíos como los efectos del envejecimiento y variaciones externas, incluyendo cambios en el suministro de energía. El objetivo es hacer que la tecnología PUF sea aún más robusta y aplicable a otros tipos de IEDs de varios fabricantes.

Explorar formas de mejorar el rendimiento en diversos entornos será crucial para una adopción generalizada. A medida que la necesidad de dispositivos electrónicos confiables y seguros continúa creciendo, innovaciones como el IED PUF probe son vitales para proteger infraestructuras críticas.

#Conclusión

El IED PUF probe representa un avance prometedor en la seguridad de los Dispositivos Electrónicos Inteligentes. Al aprovechar firmas de hardware únicas, proporciona un método confiable para autenticar dispositivos y prevenir falsificaciones. Los resultados experimentales validan su potencial, mostrando cómo puede mejorar la seguridad y la integridad de las subestaciones eléctricas. A medida que los investigadores continúan refinando y expandiendo esta tecnología, el futuro se ve brillante para los sistemas de energía seguros.