Proposal and evaluation of authentication protocols for Smart Grid networks

Abstract

Uma rede Smart Grid (ou rede elétrica inteligente) representa a evolução das redes elétricas tradicionais, tornada possível graças à integração das tecnologias da informação e das comunicações com a infraestrutura elétrica. Esta integração propicia o surgimento de novos serviços, tornando a rede elétrica mais eficiente, gerando também novos desafios a serem atendidos, dentre eles a segurança do sistema. A rede SG deve garantir a confiabilidade, a integridade e a privacidade dos dados armazenados ou em transito pelo sistema, o que leva à necessidade de autenticação e controle de acesso, obrigando a todo usuário ou dispositivo a se autenticar e a realizar somente operações autorizadas. A autenticação de usuários e dispositivos é um processo muito importante para a rede SG, e os protocolos usados para esse fim devem ser capazes de proteção contra possiveis ataques (por exemplo, Man-in-the-Middle - MITM, repetição, Denegação de Serviço - DoS). Por outro lado, a autorização é tratada em conjunto com a autenticação e relacionada com as politicas de controle de acesso do sistema. Uma parte essencial para criar os protocolos de autenticação seguros envolve os esquemas de ciframento. O uso de um ou a combinação de vários esquemas afeta diretamente o desempenho do protocolo. Cada dia novos esquemas são propostos, e seu emprego nos protocolos de autenticação melhora o desempenho do sistema em comparação aos protocolos já propostos no mesmo cenário. Neste trabalho são propostos 3 (três) protocolos de autenticação seguros e de custo adequado para os cenários descritos a seguir: - Autenticação dos empregados das empresas de fornecimento de energia que procuram acesso ao sistema de forma remota; - Autenticação de Smart Meters numa Infraestrutura de medição avançada (AMI, do inglês Advanced Metering Infrastructure) baseada em nuvem computacional; e - Autenticação de veículos elétricos em uma rede V2G (do inglês, Vehicle-to-Grid). Cada um dos cenários tem caraterísticas particulares que são refletidas no projeto dos protocolos propostos. Além disso, todos os protocolos propostos neste trabalho garantem a autenticação mutua entre todas as entidades e a proteção da privacidade, confidencialidade e integridade dos dados do sistema. Uma comparação dos custos de comunicação e computação é apresentada entre os protocolos propostos neste trabalho e protocolos desenvolvidos por outros autores para cada um dos cenários. Os resultados das comparações mostram que os protocolos propostos neste trabalho têm, na maioria dos casos, o melhor desempenho computacional e de comunicações, sendo assim uma ótima escolha para a sua implementação nas redes SG. A validação formal dos protocolos propostos por meio da ferramenta AVISPA é realizada, permitindo verificar o atendimento a requisitos de segurança.