Static and Dynamic False Data Injection Attacks on State Estimation in Smart Grids

La Smart Grid è una rete elettrica modernizzata che integra tecnologie di comunicazione digitale e consente un flusso bidirezionale di elettricità migliorando l'efficienza e l'affidabilità. Tuttavia, questa maggiore dipendenza dalla comunicazione digitale e dall'interconnessione ha reso la Smart Grid più vulnerabile alle minacce informatiche. Queste minacce informatiche che prendono di mira principalmente i sistemi di dati e controllo possono compromettere gravemente l'efficienza operativa della rete elettrica, causando notevoli perdite finanziarie e una qualità del servizio degradata per i consumatori. Una delle minacce informatiche più critiche per la Smart Grid è l'attacco False Data Injection (FDI). Un attacco FDI è un tipo di attacco all'integrità dei dati che sfrutta le vulnerabilità nei sistemi di misurazione e comunicazione della rete. Durante un attacco di questo tipo, l'aggressore altera o inietta in modo dannoso dati falsi nelle letture di misurazione (come i dati di iniezione di potenza nei nodi) inviate al centro di controllo della rete. Queste misurazioni compromesse portano a una stima errata dello stato che si riferisce al processo attraverso il quale il centro di controllo determina le attuali condizioni operative della rete in base ai dati misurati ricevuti dai sensori. Lo studio mira a valutare la vulnerabilità della stima dello stato tradizionale comunemente utilizzata nei centri di controllo dell'alimentazione rispetto ai moderni metodi di attacco creati sfruttando strumenti di apprendimento profondo. È stato adottato un approccio quantitativo utilizzando i sistemi bus di prova IEEE come parametri di riferimento. La metodologia ha comportato una ricerca iniziale di attacchi stealth basati sulla topologia delle reti seguita da un'implementazione di reti generative avversarie (GAN) per creare attacchi per aggirare la stima dello stato. Gli effetti degli attacchi con GAN sono stati confrontati con gli attacchi stealth in termini di scenari statici e dinamici sulle reti utilizzando la deviazione di frequenza come parametro di riferimento. Per la valutazione sono stati utilizzati i sistemi bus IEEE 24 e 39. I risultati degli esperimenti hanno indicato che gli attacchi stealth hanno un effetto relativamente significativo sullo stato del sistema, tuttavia con una complessità computazionale aggiuntiva all'aumentare delle dimensioni della rete. Le GAN al contrario si sono dimostrate relativamente efficaci in termini di attacchi dinamici coordinati. Inoltre, il loro ridotto overhead computazionale durante un attacco ne aumenta la fattibilità come meccanismo di attacco pratico.