[論文レビュー] Time Stamp Attack on Wide Area Monitoring System in Smart Grid

Zhenghao Zhang, Shuping Gong+2 more|arXiv (Cornell University)|Feb 7, 2011

Smart Grid Security and Resilience参考文献 9被引用数 8

ひとこと要約

本稿は、スマートグリッドにおける広域監視システム（WAMS）を標的とした、GPSスプーフィングを活用した新規タイムス탬プ攻撃を提案する。正当な測定値におけるGPS由来のタイムス탬プを操作することで、検出を回避し、グリッドの安定性を損なう。実際の北米グリッドデータを用いたシミュレーションにより、時刻同期監視システムにおける深刻な脆弱性が明らかになった。

ABSTRACT

Security becomes an extremely important issue in smart grid. To maintain the steady operation for smart power grid, massive measurement devices must be allocated widely among the power grid. Previous studies are focused on false data injection attack to the smart grid system. In practice, false data injection attack is not easy to implement, since it is not easy to hack the power grid data communication system. In this paper, we demonstrate that a novel time stamp attack is a practical and dangerous attack scheme for smart grid. Since most of measurement devices are equipped with global positioning system (GPS) to provide the time information of measurements, it is highly probable to attack the measurement system by spoofing the GPS. By employing the real measurement data in North American Power Grid, simulation results demonstrate the effectiveness of the time stamp attack on smart grid.

研究の動機と目的

• スマートグリッド広域監視システム（WAMS）におけるタイムス탬プ攻撃の実現可能性と影響を調査すること。
• GPS同期測定装置がスプーフィング攻撃に対して脆弱であるかを分析すること。
• タイムス탬プの操作がグリッド監視・制御システムを損なう効果を評価すること。
• 従来の偽データインジェクション攻撃よりも、このような攻撃が実用的であることを実証すること。

提案手法

• 測定装置におけるGPS同期タイムス탬プを悪用し、時間的整合性を偽装する。
• シミュレーション用に北米電力グリッドから実測定データを収集する。
• データ値を変更せずに、正当な測定ストリームに改ざんされたタイムス탬プを注入する。
• 制御された環境で攻撃をシミュレートし、状態推定およびシステム安定性への影響を評価する。
• 偽造タイムス탬プが通常の運用範囲内に保たれるようにすることで、検出回避を分析する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 GPSスプーフィングを用いて、検出されないままスマートグリッド監視システムのタイムス탬プを操作可能か？
• RQ2 従来の偽データインジェクション攻撃と比較して、タイムス탬プ攻撃はWAMSを損なう上でどの程度効果的か？
• RQ3 タイムス탬プ操作が電力システムにおける状態推定精度に与える影響は何か？
• RQ4 実際の測定値を変更しない状態で、このような攻撃がグリッド運用をどの程度不安定化できるか？

主な発見

• タイムス탬プ攻撃は、偽造タイムス탬プにより監視データを操作し、データ整合性に依存する検出メカニズムを回避できた。
• GPSスプーフィングにより、従来の偽データインジェクション攻撃よりも実行が容易で、静かで効果的な攻撃ベクトルが可能になった。
• 実際の北米グリッドデータを用いたシミュレーション結果から、攻撃が状態推定に著しく影響を与えることが確認された。
• 攻撃は検出されなかった。なぜなら、データ整合性は保たれたが、時刻同期が破壊されたためであり、これはWAMSにおける深刻な脆弱性であった。