引言：风机监控通信的安全挑战
随着新能源场站大规模接入电网，风机监控系统（SCADA）已成为电力调度数据网的重要组成部分。风机与主站（如场站监控中心、调度中心）之间的通信，通常采用IEC 60870-5-104等标准规约，承载着风机运行状态、功率控制、故障告警等关键数据。这些数据在广域网中传输，面临着窃听、篡改、伪装等安全威胁。因此，从技术原理与安全机制角度，深入探讨风机监控通道是否需要部署纵向加密认证装置，是保障电力二次系统安全防护体系完整性的关键议题。
技术原理：为何风机通信需要纵向加密？
纵向加密的核心是建立“调度主站”与“被控站（风机监控单元）”之间的双向身份认证与数据机密性保护。风机监控数据具有显著的“纵向”特征：数据在电力调度数据网的纵向边界（安全区I/II与安全区III之间，或不同安全等级网络之间）流动。根据《电力监控系统安全防护规定》及配套方案，生产控制大区与非控制生产大区之间、以及穿越调度数据网的通信，必须采取安全隔离、加密认证等措施。
从协议层面看，IEC 60870-5-104协议本身仅定义了应用层通信框架，缺乏原生的安全机制（如认证、加密）。其传输层基于TCP/IP，数据以明文形式在网络中传输。攻击者可在网络路径上截获报文，解析出控制命令（如C_SC_NA_1，单点遥控）或测量值（如M_ME_NC_1，测量值，规一化值），造成信息泄露或实施非法操控。因此，必须在网络层或传输层为104协议报文施加额外的安全封装。
加密算法与硬件架构：纵向加密装置如何工作？
现代纵向加密认证装置通常采用“专用硬件+安全芯片”的架构，以实现高性能的密码运算和密钥安全存储。其核心安全模块包括：
- 密码算法引擎：支持国密SM1/SM2/SM3/SM4算法及国际通用算法（如AES、RSA、SHA-256），确保数据加密、身份认证和完整性校验符合国家密码管理局要求。对于风机通信，装置需对每个104协议的APDU（应用协议数据单元）进行加密处理。
- 安全隧道协议：装置通常在IP层之上建立加密隧道（如IPsec VPN的传输模式，或专用的安全隧道协议）。隧道建立前，基于数字证书（X.509格式）进行双向身份认证，确保通信双方是合法的调度主站和风机监控终端。
- 硬件信任根：装置内置的安全芯片（SE或TCM）用于保护装置自身的私钥和根证书，防止物理篡改和密钥导出。
具体工作流程为：风机监控单元发出的104报文，在进入调度数据网前，先经过纵向加密装置。装置对原始IP报文（包含TCP端口2404及104应用数据）进行加密、封装并附加消息认证码（MAC），生成新的安全报文。对端装置解密并验证后，将还原的原始报文转发给主站系统。整个过程对两端的104应用软件透明。
协议细节与安全机制：对IEC 60870-5-104通信的影响
部署纵向加密装置需重点考虑其对104协议通信特性的影响：
- 实时性：加密解密过程会引入微秒级的处理时延。对于风机监控这类非严格毫秒级实时、但要求秒级响应的系统，需选择处理性能足够的硬件（如支持线速加密的装置），并优化隧道保活机制，确保通信的准实时性。
- 连接稳定性：加密隧道需要维护连接状态。装置需具备完善的隧道自愈和断线重连机制，确保网络波动时风机与主站的104连接（TCP连接及应用层链路）不会异常中断。
- 对规约的影响：纵向加密作用于网络层，不改变104应用层报文结构。但需注意，某些主站系统会通过IP地址和TCP端口进行设备标识，加密后内层地址可能被隐藏，需在装置上配置正确的地址映射或策略。
- 安全策略配置：需精细配置访问控制策略（ACL），明确允许哪些IP、哪些端口（如2404）的通信建立加密隧道，实现基于白名单的通信最小化原则。
结论与最佳实践建议
综合技术原理、安全要求及协议细节分析，风机监控系统与上级主站通过调度数据网进行IEC 60870-5-104通信时，必须部署纵向加密认证装置。这是满足电力二次安全防护“安全分区、网络专用、横向隔离、纵向认证”核心要求的必要举措，能有效抵御网络窃听、数据篡改和非法接入等风险。
在具体实施中建议：1) 选择通过国家指定机构检测认证的纵向加密产品；2) 在风机场站侧（安全区II）和调度主站侧同步部署，形成对口加密；3) 进行充分的联调测试，验证加密后104通信的各项功能（总召、遥测、遥控、SOE）均正常，且时延满足监控要求；4) 建立完善的密钥管理体系，定期更新证书和密钥。通过上述技术措施，可在保障风机监控系统通信安全的前提下，确保其可用性与可靠性，为电网安全稳定运行筑牢技术防线。
