So hacken Sie das Stromnetz für Spaß und Gewinn

Die jahrzehntealte Technologie zur Verwaltung des Stromnetzes ist laut einer diese Woche veröffentlichten Studie anfällig für Manipulation oder Sabotage.

Angreifer könnten Stromnetzdaten manipulieren, indem sie in Umspannwerke einbrechen und die Kommunikation zwischen Umspannwerken, Netzbetreibern und Stromversorgern abhören. Diese Daten werden von den Netzbetreibern verwendet, um Strompreise festzulegen und Angebot und Nachfrage auszugleichen, so die Forscher. Grid-Hacker könnten auf Kosten der Stromverbraucher Millionen von Dollar verdienen, indem sie die Strommärkte beeinflussen. Sie könnten auch das Netz instabil machen und zu Stromausfällen führen.

Die Angriffe seien schwer nachzuvollziehen, so Le Xie , Assistenzprofessor für Elektrotechnik und Computertechnik an der Texas A&M University, als Redner bei der IEEE SmartGridComm2010 Konferenz in Gaithersburg, Maryland, diese Woche. In manchen Netzsystemen gibt es seit Jahrzehnten Schwachstellen. Die Bedrohung nimmt jedoch zu, da immer mehr Umspannwerke automatisiert und unbemannt werden, was es einem Angreifer erleichtert, auf Netzdaten zuzugreifen. Da Versorgungsunternehmen im Rahmen der Migration zum Smart Grid zu offenen Kommunikationsstandards übergehen, könnte es noch einfacher werden, die Kommunikation abzufangen oder sich aus der Ferne in Systeme einzudringen.

Stromnetzbetreiber prognostizieren Angebot und Nachfrage einen Tag im Voraus und legen die Preise für Kunden an verschiedenen Orten entsprechend fest. Dies trägt dazu bei, die Versorgung konstant und das Netz stabil zu halten. Stromerzeuger weisen dann ihre Ressourcen basierend auf dieser prognostizierten Nachfrage und Preisgestaltung zu. Nachdem sie den Strom geliefert haben, rechnen die Betreiber ab, indem sie genau prüfen, wie viel Strom von wem erzeugt und wie er verteilt wurde.

Xie und Kollegen sagen, dass diese Daten anfällig für Manipulationen sind. Angreifer könnten die Kommunikationsleitungen zwischen den Umspannwerken und den Netzbetreibern anzapfen und falsche Informationen einschleusen. Wenn sie vorsichtig sind, erscheinen die neuen Daten wie gewöhnliche Schwankungen im Raster.

Xie gab ein Beispiel dafür, wie Angreifer Grid-Daten manipulieren könnten, um Geld zu verdienen. Durch Manipulation dieser Daten könnte ein Angreifer den Anschein erwecken, als sei eine Übertragungsleitung zwischen zwei Städten einfach überlastet. Dies würde die Netzbetreiber zwingen, Strom von teureren Generatoren zu beziehen, was die Preise an diesem Knoten im Netz erhöhen würde. Ausgestattet mit diesen Informationen könnte der Angreifer über einen Online-Strommarkt Wetten platzieren, um Gewinne zu erzielen. Der virtuelle Händler spielt im Grunde gegen die Preisdifferenz zwischen dem Day-Ahead-Markt und dem Echtzeitmarkt, sagt Xie.

Wenn jemand einen Blackout verursachen wollte, könnten Netzbetreiber durch falsche Daten über den Stromfluss dazu verleitet werden, Teile des Netzes zu überlasten, Generatoren auszulösen und zu Kaskadenausfällen zu führen. Auch hier würden, wenn die Angreifer vorsichtig waren, die fehlerhaften Daten unbemerkt bleiben. Ein Blackout könnte dann auftreten, bevor die Netzbetreiber die Möglichkeit haben, das Problem zu beheben.

Auch die Behebung der Schwachstelle wird nicht einfach sein. Es könnte 20 Jahre dauern, bis Versorgungsunternehmen die alte Infrastruktur durch Geräte mit Sicherheitsmaßnahmen wie Verschlüsselung ersetzt haben. Es wäre teuer von den Versorgungsunternehmen zu verlangen, die Änderungen früher vorzunehmen, sagt György Dán, Professor für Elektrotechnik an der Königlichen Technischen Hochschule in Schweden. Dán präsentierte unabhängig von Xie Forschungen darüber, wie solche Angriffe durchgeführt werden könnten und was es braucht, um sich davor zu schützen. Ein kürzlich durchgeführter Schritt, dem Netz im Rahmen eines Smart-Grid-Projekts, das 4,5 Milliarden US-Dollar aus dem Recovery Act erhielt, weitere Sensoren hinzuzufügen, könnte helfen. Die auf der Konferenz präsentierten Forscher zeigten, dass ein Angreifer mehr Sensoren korrumpieren müsste, um ein Problem zu verursachen, ohne erwischt zu werden.

Andererseits könnten durch das Hinzufügen dieser Sensoren und der für den Zugriff auf ihre Daten erforderlichen Kommunikationsnetze neue Schwachstellen entstehen, indem neue Eintrittspunkte hinzugefügt werden. Deepa Kundur, Professorin für Elektro- und Computertechnik bei Texas A&M, entwickelt Simulationen, um die damit verbundenen Risiken zu bestimmen. Ob das Smart Grid die Risiken wert ist, sei noch unklar, sagt sie.

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