Simulation and analysis of cyberattacks in smart grid environments

Abstract

Το ηλεκτρικό δίκτυο είναι το σύνθετο σύστημα που έχει σχεδιαστεί για να παρέχει ηλεκτρική ενέργεια από το σημείο παραγωγής στους καταναλωτές. Οι συνεχώς μεταβαλλόμενες απαιτήσεις κατανάλωσης ενέργειας καθώς και η τεχνολογική εξέλιξη, επιβάλλουν και ανοίγουν το δρόμο για την αναβάθμιση του ηλεκτρικού δικτύου. Η λύση στο προαναφερθέν ζήτημα ονομάζεται «Έξυπνο Δίκτυο», το οποίο είναι μια εκσυγχρονισμένη και ψηφιοποιημένη αναβάθμιση του τρέχοντος ηλεκτρικού δικτύου. Σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι να παράσχει μια ανάλυση της αρχιτεκτονικής του Έξυπνου Δικτύου, των βασικών στοιχείων και των τεχνολογιών του, διερευνώντας παράλληλα τις διάφορες απειλές, τρωτά σημεία και επιθέσεις στον κυβερνοχώρο που στοχεύουν τέτοιες υποδομές. Επιπλέον, προτείνουμε πρακτικές και μέτρα ασφάλειας στον κυβερνοχώρο προκειμένου να μειωθεί η επιφάνεια επίθεσης. Τέλος, προσομοιώνουμε τις συνθήκες ενός περιβάλλοντος Έξυπνου Δικτύου, αναλύοντας περιπτώσεις χρήσης που περιγράφουν διαφορετικά σενάρια λειτουργίας του Έξυπνου Δικτύου και αναπτύσσοντας διαγράμματα ροής δεδομένων για κάθε περίπτωση χρήσης.

The electrical grid is the complex system designed to deliver electricity from the point of generation to the consumers. The constantly changing energy consumption requirements as well as the technological evolution, necessitate and pave the way for the upgrading of the electrical grid. The solution to the aforementioned issue is called “Smart Grid”, which is a modernized and digitalized upgrade of the current electrical grid. The purpose of this thesis is to provide an analysis of the architecture of the Smart Grid, its core components and technologies while investigating the various threats, vulnerabilities and cyber-attacks that target such infrastructures. In addition, we propose cyber security practices and measures in order to reduce the attack surface. Finally, we simulate the conditions of a Smart Grid environment, analyzing use cases that describe different Smart Grid operating scenarios and developing Data Flow Diagrams for each use case.