1.背景

随着电力行业数字化转型加速，智能电网、分布式能源接入、远程监控等业务对公网数据传输的依赖日益增强，电力数据传输面临窃听、篡改、伪造及高并发场景下的性能瓶颈等双重挑战。本方案针对电力行业海量终端接入、实时监控及秒级响应的业务需求，构建基于国密算法和IPSec协议的高速端到端加密认证体系，通过芯片级硬件加速与分布式架构设计，实现公共网络（4G/5G/互联网）环境下万级终端并发加密、TB级数据高速传输，满足《电力监控系统安全防护规定》及国密合规性要求，同时保障业务连续性。

2.系统概述

本方案以国密算法为核心，结合IPSec VPN隧道技术与专用硬件加密装置，构建电力数据传输端到端加密体系，实现：

高速加解密：支持单节点10Gbps吞吐量、10万并发会话，满足智能电表、远程监控等高密度接入场景。

动态身份认证：基于SM2数字证书实现设备双向认证，抵御仿冒终端攻击。

协议兼容性：无缝适配电力行业Modbus、IEC 104、DL/T 860等规约，保障业务零改造。

3.需求分析

3.1安全需求

传输数据全字段加密，支持敏感信息（如电表读数、设备状态、控制指令）防窃取，满足《电力监控系统安全防护规定》要求。

防止数据篡改，校验失败率≤0.001%，支持业务数据、协议报文双向完整性验证。

终端、网关、数据中心三方双向身份认证，支持证书吊销列表（CRL）实时更新，抵御伪造终端接入。

基于角色和业务的精细化权限管理，限制非法设备访问敏感业务（如继电保护控制指令）。

3.2性能需求

- 双向数据包吞吐量≥10Gbps；

- 建立隧道时间≤5秒；

- 并发协商并建立5000条隧道的时间≤5秒（不含网络延时）；

- 加密处理延迟≤2ms（64字节小包）；

- 最大并发加密隧道数≥100000条；

-满负载下丢包率≤0.01%（10Gbps流量，64字节小包）。

3.3合规性需求

-采用合规的商用密码算法（SM1/SM2/SM3/SM4）；

-满足等保2.0三级中“通信传输安全”（安全审计、数据传输完整性/机密性）及“设备可信接入”要求；

-加密设备具备商用密码产品认证证书；

3.4管理性需求

集中管控：支持全网加密设备统一策略下发、证书管理、日志审计，提供API接口与电力调度网管系统（如EMS）对接。

可视化监控：实时展示加密隧道状态（吞吐量、并发数、丢包率）、告警事件（密钥过期、非法接入尝试），支持阈值自动预警。

灰度升级：加密装置固件支持滚动升级，业务影响时间≤30秒，确保高可用性。

4.建设目标

通过密码技术的应用，本方案需要实现以下目标：

1.构建安全通道：在公网或专网中建立端到端加密隧道，覆盖发电、输电、配电、用电全环节。

2.性能指标：吞吐量≥10Gbps，单会话加密延迟≤2ms。

3.满足合规要求：采用合规的商用密码产品。

4.支撑业务场景：适配工业控制系统远程通信、电力配网自动化安全防护、小水电数据采集、视频监控（4K高清流）等典型应用。

5.建设方案

5.1总体设计

1、在中心端部署万兆安全网关，在配电终端处部署安全终端模块，万兆安全网关和安全终端模块采用IPSec VPN隧道技术构建安全的传输通道，实现电力数据传输端到端加密体系。

2、万兆安全网关采用网闸或桥接的方式实现内部网络和外部网络的的硬件隔离，外网主机主要做数据隔离、转发数据、网闸权限的处理，内网主机结合高速密码卡实现IPSEC数据加解密功能。

3、万兆安全网关和安全终端模块部署SM2国密证书，实现设备的双向身份鉴别。

4、万兆安全网关内置远程终端管理软件，可在中心端对终端设备进行远程维护、设备升级等集中管控操作。

5、万兆安全网关采用安全可控软硬件系统并具备商用密码产品认证证书。

5.2系统组网

说明：

1、在供电局出口处部署万兆安全网关，分别通过光纤环网或者GPRS无线专网与安全终端加密通信，万兆安全网关具有防火墙功能，能够有效防止通过公网或者专网对供电局发起的入侵和攻击。

2、在各类配电终端侧部署安全终端，利用网络与供电局端的万兆安全网关协商建立加密隧道，完成两端通信的身份认证、数据加密、完整性校验、策略管控等功能，能够提升配网自动化系统安全防御等级。

3、在供电局可通过远程终端管理系统管理各种类型的安全终端，可批量远程修改配置，升级重启等运维操作。能够有效的减少运维难度，提升运维效率。

5.3方案优势

1、符合国家规范，硬件实现支持国密标准的SM2,SM3,SM4算法，保护用户前期投入，兼容更高安全标准，一次投资实现既有或更高安全需求。

2、此方案可以保证终端设备在接入前进行身份识别，保证设备的身份真实性，防止非法设备接入网络；可以实现对发送的数据进行机密性和完整性保护，防止第三方非法窃取重要信息。

3、部署的万兆安全网关具有高吞吐、高并发、低延迟等功能特点，能够满足电力系统大量终端接入需求。

4、系统具有远程终端管理功能，可以解决大量终端分散部署导致的运维难点。