[发明专利]一种基于电磁侧信道的PLC异常检测方法

说明书

本发明公开了一种基于电磁侧信道的PLC异常检测方法，利用磁传感器采集PLC电源线周围的磁场强度数据，通过对磁场强度变化量与时间之间的关系按照线性关系进行建模，使用递推最小二乘法求解磁场强度变化率特征，并使用累积和算法对误差项进行处理，从而实现对PLC异常行为进行实时检测；该异常检测方法不需要修改和接入硬件电路，仅需使用磁传感器无接触采集PLC模块电源线在工作状态下电磁感应产生的磁场强度数据，能快速有效地对PLC异常运行状态进行检测；此外，该异常检测方法不需要预先训练模型，不需要异常运行状态样本，通过磁场强度变化率和误差两个参数即可联合判断实现PLC异常状态检测，参数实时更新，误检率低。

技术领域

本发明属于电力工业控制安全领域，涉及一种基于电磁侧信道的PLC异常检测方法。

背景技术

电力工业控制系统是国家关键基础设施的重要组成部分，电力工业控制系统支撑发、输、变、配、用以及调度等各环节，一旦遭受破坏，威胁关系国家安全、经济命脉，电力工控系统安全事件给国计民生带来重大损失。随着工业控制和基础设施智能化迅速发展，信息技术被广泛应用到电力工业控制领域，电力工业控制系统越来越开放，使得传统相对封闭的电力工业控制系统面临新的安全。PLC作为电力工控系统中的关键设备，广泛应用于开关量控制、模拟量控制、数据采集、信号监控、运动控制以及联网通讯等领域，控制一台或多台设备，PLC设备的安全直接影响电力工控系统的安全。Stuxnet病毒攻击伊朗核电站、BlackEnergy病毒攻击乌克兰电网、以色列大停电、委内瑞拉大停电等安全事件的频发都说明电力关键基础设施成为众矢之的，电力工业控制系统安全牵一发而动全身。因此，设计出针对PLC设备的异常检测方法，实现对PLC设备异常工作状态的实时检测，保障PLC设备安全稳定运行，提升电力工业控制系统安全性能，这是非常必要的。

发明内容

本发明公开了一种基于电磁侧信道的PLC异常检测方法，通过对PLC设备运行状态下的电源线周围磁场强度变化分析，根据不同的程序会产生不同的磁特性来分析运行状态，实现对PLC异常工作状态的实时检测。本发明的检测方法与原系统完全独立，通过磁场强度变化量与时间关系建模，数据预处理，基于递推最小二乘法的特征提取，基于累积和算法的突变检测，实现对PLC多种异常运行状态的高准确率检测，保障PLC设备安全稳定运行，提高电力工控系统的安全性能。

本发明所采用的技术方案是：

一种基于电磁侧信道的PLC异常检测方法，该方法主要包括：数据采集、磁场强度变化量与时间关系建模、数据预处理、基于递推最小二乘法的特征提取、基于累积和算法的突变检测，实现对PLC异常事件的实时检测。

该方法具体如下：

步骤1：将磁传感器模块放置于PLC电源线上端，测量PLC在运行状态下的电磁场强度数据并使用数据采集卡采集磁传感器读数。具体步骤如下：

步骤1.1：将磁传感器模块固定放置于PLC电源线上端，使传感器模块靠近但不紧贴电源线，传感器模块与电源线之间的距离为l；

步骤1.2：将磁传感器模拟信号输出端与数据采集卡的模拟信号输入端相连，运行数据采集卡采集磁传感器测量数据，采样率为f，采样周期记作t；

步骤1.3：采集卡与上位机相连，将采集得到的时间序列样本和磁传感器数据样本实时发送给上位机进行处理，采集卡运行时间T后，得到时间序列样本T＝{t，2t，3t，4t，...，it，...，nt}，磁传感器数据样本D＝{d₁，d₂，d₃，d₄，...，d_i，...，d_n}，其中第i个采样点的时刻为it，磁传感器数据为d_i。

步骤2：对接收到的时间序列样本和磁传感器数据样本进行数据处理和建模分析。具体步骤如下：