IEC 62351-52023 电力系统管理和相关信息交换.数据和通信安全.第5部分IEC 60870-5及其衍生物的安全标准立项发展报告

IEC62351-5:2023电力系统管理和相关信息交换数据和通信安全第5部分：IEC60870-5及其衍生物的安全标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:PowerSystemsManagementandAssociatedInformationExchange–DataandCommunicationsSecurity–Part5:SecurityforIEC60870-5andDerivatives摘要随着全球能源互联网和智能电网建设的深入推进，电力系统信息通信安全已成为保障电网可靠运行和国家能源安全的关键环节。IEC62351标准系列是国际电工委员会（IEC）针对电力系统数据和通信安全制定的核心标准体系，其中第5部分专门针对广泛应用于电力自动化领域的IEC60870-5系列协议及其衍生协议（如IEC60870-5-101、IEC60870-5-104、DNP3等）规定了安全防护机制和技术要求。本报告就该标准的立项背景、技术内容、应用价值及发展趋势进行系统阐述。IEC62351-5:2023版本在2018年第二版的基础上，进一步强化了会话建立、认证机制、密钥更新及安全审计等方面技术要求，并完善了与IEC62351系列其他部分（如第3部分传输层安全、第6部分IEC61850安全）的协调一致性。该标准为电力系统远动通信、变电站自动化及配电自动化等场景提供了一套完整的信息安全保障框架，对提升电力关键信息基础设施的安全防护能力具有重要的指导意义和实用价值。关键词：IEC62351；电力系统通信安全；IEC60870-5；远动协议；数据与通信安全；信息安全认证；智能电网安全Keywords:IEC62351;PowerSystemCommunicationSecurity;IEC60870-5;TelecontrolProtocol;DataandCommunicationsSecurity;InformationSecurityAuthentication;SmartGridSecurity1.引言1.1标准立项背景电力系统作为国家关键信息基础设施的重要组成部分，其安全稳定运行直接关系到国民经济命脉和社会公共安全。近年来，全球范围内针对电力系统的网络攻击事件频发，如2015年乌克兰电网遭受恶意软件攻击导致大面积停电、2016年乌克兰电网再次遭受攻击等事件，充分暴露出传统电力远动通信协议在安全防护方面的严重不足。IEC60870-5系列协议自20世纪90年代颁布以来，一直作为电力系统远动设备及系统传输规约的国际标准被广泛采用。然而，该系列协议在设计之初主要侧重于传输性能与可靠性的优化，未充分考虑信息安全因素——缺乏认证机制、无完整性校验、明文传输等固有缺陷使其极易遭受窃听、篡改、重放和伪造等网络攻击。伴随着电力系统信息化与智能化水平的持续提升，通信网络逐步从封闭専用网络向开放IP网络演进，协议的脆弱性风险日趋严峻。1.2标准发展沿革针对上述问题，IEC技术委员会TC57（电力系统管理及信息交换标准化技术委员会）下设的WG15工作组自2002年起着手制定IEC62351系列标准，专门针对电力系统数据和通信安全提出系统性的解决方案。IEC62351-5标准的制定历程如下：-2013年6月：发布第一版（IEC62351-5:2013），首次针对IEC60870-5协议及其衍生物规定了安全机制；-2018年8月：发布第二版（IEC62351-5:2018），对安全机制进行了系统性修订，增加了AES-GCM等现代加密算法支持；-2023年1月：发布第三版（IEC62351-5:2023），进一步强化会话管理、完善密钥更新机制并增强标准间协调。本标准的持续修订和完善，反映了国际社会对电力系统网络安全问题的关注日益深化，也体现了IECTC57WG15工作组在电力信息安全标准方面的持续研究和积极探索。2.标准范围与核心技术内容2.1适用范围与对象IEC62351-5:2023适用于采用IEC60870-5系列协议及其衍生协议进行通信的电力系统设备和系统，涵盖以下主要协议类型：-IEC60870-5-101：基本远动任务配套标准（串行通信）；-IEC60870-5-104：采用标准传输文件集的网络访问（TCP/IP网络通信）；-IEC60870-5-102：电力系统中传输累积量数据的配套标准；-IEC60870-5-103：继电保护设备信息接口配套标准；-DNP3（DistributedNetworkProtocol3）：分布式网络协议（作为IEC60870-5的衍生物）。标准适用于变电站自动化系统、调度自动化系统、配电自动化系统等典型应用场景，覆盖发、输、变、配、用各个环节的远动通信链路。2.2技术安全要求体系IEC62351-5:2023构建了一套纵深防御的安全技术体系，主要涵盖以下核心安全机制：（1）安全威胁分析标准基于电力系统实际通信场景，系统识别了三类典型安全威胁：-被动攻击（PassiveAttacks）：包括窃听、流量分析等；-主动攻击（ActiveAttacks）：包括消息篡改、重放、伪造、拒绝服务等；-内部攻击（InsiderAttacks）：包括合法用户滥用权限等。（2）端到端安全架构标准采用端到端安全（End-to-EndSecurity）架构，在应用层与传输层之间增加安全层。同时引入强制与协商两种模式——在强制模式下，安全机制不可关闭，通信双方必须执行安全通信流程；在协商模式下，允许通信双方协商确定安全参数，有利于系统间的平滑过渡与渐进式安全能力升级。（3）认证与密钥管理机制-双向实体认证（MutualEntityAuthentication）：通信双方在建立会话前须完成双向身份认证，防止假冒和中间人攻击；-基于挑战-应答（Challenge-Response）机制实现会话密钥协商；-支持预共享密钥（Pre-SharedKey,PSK）和数字证书（X.509）两种密钥管理方式；-完善的密钥更新机制（KeyUpdateMechanism），支持定期及事件触发的密钥更新。（4）消息安全保护标准针对IEC60870-5的应用协议数据单元（APDU）规定了完整的安全保护流程：-消息认证与完整性校验：通过HMAC（基于哈希的消息认证码）或CMAC（基于分组密码的消息认证码）机制保护消息完整性；-消息加密：支持AES-128-GCM、AES-256-GCM等现代认证加密算法，实现机密性与完整性保护的统一；-重放防护：通过序列号（SequenceNumber）机制和时戳（TimeStamp）机制双重防护重放攻击；-会话管理：定义了完整的会话建立、数据交换、会话关闭和异常处理流程。（5）安全事件处理标准进一步明确了安全事件日志记录要求、时钟同步要求以及安全参数异常时的告警处理机制，支持运行人员有效追溯安全异常链路，提升了标准的可运维性。2.3与IEC62351系列其他部分的协调IEC62351-5:2023作为IEC62351系列标准家族的重要成员，与其他部分存在紧密的关联和互补关系：|标准部分|适用范围|与第5部分的关系||---------|---------|---------------||IEC62351-1|通信安全的背景和概述|提供总体框架和术语定义||IEC62351-2|电力系统术语|统一术语体系||IEC62351-3|传输层安全（TLS）|与第5部分配合，提供传输层保护||IEC62351-4|应用层安全（MMS等）|提供应用层安全机制参考||IEC62351-5|IEC60870-5及其衍生物的安全|本次立项对象||IEC62351-6|IEC61850的安全|姊妹标准，结构保持一致||IEC62351-7|网络和系统管理（NSM）|提供安全监控数据对象||IEC62351-8|基于角色的访问控制|为第5部分的访问控制提供支撑||IEC62351-9|密钥管理|为第5部分的密钥管理提供指导||IEC62351-10|安全架构指南|提供安全架构设计方法||IEC62351-11|XML文件安全|补充XML格式安全要求||IEC62351-12|弹性和恢复建议|补充安全韧性建议||IEC62351-13|通信网络的安全|涉及通信基础设施安全||IEC62351-14|安全事件管理|涉及事件管理与态势感知|这种密切的系列标准协同关系确保了IEC62351整体框架的完整性和一致性，便于各标准在实际工程中集成应用。3.标准发布信息3.1基本信息-标准编号：IEC62351-5:2023-完整名称：电力系统管理和相关信息交换数据和通信安全第5部分：IEC60870-5及其衍生物的安全-英文名称：Powersystemsmanagementandassociatedinformationexchange-Dataandcommunicationssecurity-Part5:SecurityforIEC60870-5andderivatives-发布日期：2023年1月13日-发布机构：国际电工委员会（IEC）-ICS分类号：33.200（遥控、遥测）-标准状态：现行有效-官方语言：英语、法语-版本说明：第三版（替代IEC62351-5:2018）3.2版本更新要点相较于2018年第二版，2023年第三版的主要技术变化包括：1.强化会话建立过程：增加篡改检测与重放保护要求，细化了端点身份鉴别流程；2.完善关联更新机制：引入更灵活的会话密钥更新策略，支持基于时间和事件的更新触发方式；3.增强安全异常事件处理能力：更新安全事件记录与处理要求，明确异常情况下的标准行为；优化了规范文本的可测试性，便于一致性评估与工程验收；4.优化标准间一致性：调整与IEC62351-3（传输层安全）、IEC62351-6（IEC61850安全）及IEC62351-9（密钥管理）的接口定义，减少重复与冲突。3.3标准获取方式该标准通过IECWebstore提供电子版下载服务，支持加密PDF格式，用户需安装FileOpen插件进行在线阅读。售价为3481.0元人民币（含增值税）。需注意的是，该电子版具有使用限制：累计最多3台电脑、共可打印5次，需要计算机保持联网状态以验证访问权限。4.主要参与单位和运维机构4.1IECTC57技术委员会IEC62351-5:2023由IEC第57技术委员会（TC57-Powersystemsmanagementandassociatedinformationexchange，电力系统管理及信息交换技术委员会）归口管理。TC57成立于1968年，负责制定电力系统管理、电力市场通信及相关信息交换领域的国际标准。其具体工作范围包括：-电力系统控制中心、变电站、配电网及分布式能源系统的通信协议和接口标准；-电力系统信息模型（CIM）标准（IEC61968/61970系列）；-电力系统通信安全标准（IEC62351系列）；-电力市场通信标准等。4.2WG15工作组IEC62351系列标准由TC57下属的第15工作组（WG15-CyberSecurityforPowerSystems）具体负责制定和维护。WG15工作组是目前国际上电力系统信息安全领域最权威的标准化专家团队之一，成员来自全球主要电力设备制造商、电力公司、科研机构和认证检测机构。WG15工作组的核心职责包括：-持续修订完善IEC62351系列标准；-研究新形势下的电力系统网络安全威胁和防护技术，支撑标准的动态演进；-协调IEC62351系列标准与各通信协议标准的关系；-跟踪并评估新技术（如量子密钥分发、零信任架构等）在电力系统的适用性；-与其他标准组织（如ISO/IECJTC1、ITU-T、IEEE等）开展技术协调；-为各国采用IEC62351系列标准提供技术支撑和解释。主要贡献单位：参与WG15工作组的主要机构包括：ABB、西门子（Siemens）能源、通用电气（GE）电网解决方案、施耐德电气（SchneiderElectric）、日本东芝（Toshiba）、三菱电机（MitsubishiElectric）、中国电力科学研究院、国网电力科学研究院、中国南方电网公司等。这些单位从设备制造、系统集成、运行运维、检测认证等不同角度为标准的制定提供了丰富的工程实践经验和技术支持，共同保证了标准既具有理论先进性，又具备实际可操作性。5.标准应用价值与实施建议5.1应用价值IEC62351-5:2023作为电力系统远动通信安全领域最核心的国际标准之一，其推广应用价值体现在以下几个方面：（1）提升电力系统网络安全防护水平该标准为IEC60870-5系列协议提供了完整的安全增强方案，在不改变原有通信语义的前提下，通过增加安全层实现了消息认证、加密传输和重放防护，有效封堵了传统远动协议的固有安全漏洞。（2）促进电力信息安全标准化建设标准为各国电力系统信息安全标准化工作提供了一致的、权威的技术依据。我国已将该标准转化为国家标准GB/T36572-2018《电力监控系统网络安全防护导则》的重要参考依据，并在电力行业标准DL/T634.5104等配套标准中引用了安全要求。（3）支撑电力设备安全检测认证标准为电力远动设备和系统的安全功能测试提供了明确的技术指标和测试依据，各级电力设备检测机构可据此开展安全功能一致性测试。（4）推动产业生态建设和解决方案升级标准的广泛应用促进了电力信息安全产业链的形成和完善，推动了安全芯片、安全模块、安全网关等专用产品的研发和部署，培育了电力信息安全产业生态。5.2实施建议在具体实施IEC62351-5:2023的过程中，建议重点关注以下几个方面：1.分阶段推进：考虑到既有系统量大面广，可采用“新建系统率先部署、存量系统逐步改造”的差异化策略稳步推进；2.结合国家标准要求：在我国电力监控系统安全防护体系的总体框架下，与《电力监控系统安全防护规定》（国家发展改革委令第14号）及等保2.0系列标准协调落实；3.强化密钥管理：注重密钥全生命周期管理制度建设，配套IEC62351-9的密钥管理要求，建立安全的密钥生成、分发、更新和销毁机制；4.开展一致性测试：依托专业检测机构开展协议安全一致性测试，确保不同厂商设备的安全互通性；5.加强人才培训：系统性地开展标准宣贯培训工作，培养复合型电力网络安全专业人才。6.结论与展望IEC62351-5:2023作为电力系统远动通信安全领域的关键国际标准，系统性地解决了IEC60870-5系列协议及其衍生物长期缺乏内建安全机制的突出问题。该标准为电力系统远动通信链路提供了涵盖双向认证、消息加密、完整性校验、重放防护和密钥管理在内的完整安全技术方案，并且在与IEC62351系列其他标准、尤其是传输层安全、密钥管理及安全事件管理等配套标准协同后，能够形成一个纵深防御的完整安全闭环，对提升电力关键信息基础设施的整体安全防护水平具有重要意义。展望未来，随着全球能源互联网建设加速推进和新型电力系统构建不断深化，IEC62351-5标准的应用范围将进一步扩展，并在以下方向持续演进：-适应新型电力系统需求：面向分布式能源、储能系统、电动汽车充换电设施等海量新接入主体的安全通信需求，标准的适用性和灵活性有待持续增强；-融合前沿技术：量子密钥分发（QKD）、国密算法（SM2/SM3/SM4）、零信任架构等新技术将在标准的后续修订中得到体现；-强化协同应用：与IEC62351-3（TLS安全）、IEC62351-9（密钥管理）、IEC62351-14（安全事件管理）等配套标准的协同部署将更加紧密，形成有机整体；-支撑安全检测认证体系：标准内容将更加贴近测试认证需求，提升规范的可实施性和可验证性，助力全球电力设备安全互认。参考文献[1]IEC62351-5: