UNIVERSITE NATIONALE DU VIETNAM, HANOI INSTITUT FRANCOPHONE INTERNATIONAL NOUCKSA BOUNTHONG VERS LA PRISE EN COMPTE DES ATTAQUES DE SÉCURITÉ DANS LES COMPTEURS INTELLIGENTS DU SMART GRID NGHIÊN CỨU CÁC TẤN CÔNG AN NINH BẰNG BỘ ĐO THÔNG MINH CỦA LƯỚI THÔNG MINH MEMOIRE DE FIN D’ETUDES DU MASTER INFORMATIQUE HANOI – 2015 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com UNIVERSITE NATIONALE DU VIETNAM, HANOI INSTITUT FRANCOPHONE INTERNATIONAL NOUCKSA BOUNTHONG VERS LA PRISE EN COMPTE DES ATTAQUES DE SÉCURITÉ DANS LES COMPTEURS INTELLIGENTS DU SMART GRID NGHIÊN CỨU CÁC TẤN CÔNG AN NINH BẰNG BỘ ĐO THÔNG MINH CỦA LƯỚI THÔNG MINH Spécialité : Réseaux et Systèmes Communicants Code: Programme pilote MEMOIRE DE FIN D’ETUDES DU MASTER INFORMATIQUE Sous la direction de : Dr Vanea CHIPRIANOV, Maître de conférences. Lu et validé, bon pour la soutenance HANOI – 2015 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com ATTESTATION SUR L’HONNEUR J’atteste sur l’honneur que ce mémoire a été réalisé par moi-même et que les données et les résultats qui y sont présentés sont exacts et n’ont jamais été publiés ailleurs. La source des informations citées dans ce mémoire a été bien précisée. LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi.
Các số liệu, kết quả nêu trong Luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Các thông tin trích dẫn trong Luận văn đã được chỉ rõ nguồn gốc. Signature de l’étudiant : NOUCKSA Bounthong i TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com REMERCIEMENTS Je tiens à remercier tout d’abord Monsieur Nguyen Hong Quang, Professeur d’informatique à l’Institut Francophone International (IFI), Université Nationale du Vietnam, Hanoi, qui m’a recommandé pour cette offre de stage. Je remercie Monsieur Vanea CHIPRIANOV et Monsieur Laurent GALLON, Maître de conférences, Département réseaux et télécommunications, IUT des Pays de l'Adour, Mont-de-Marsan, France, pour leur encadrement sans faille, le suivi qu’ils ont apporté à mon stage, leurs conseils, les nombreuses discussions que nous avons pu avoir tout au long de la réalisation de ce stage, aussi pour l’inspiration, et pour le temps qu’ils ont bien voulu me consacrer.
Je souhaite remercier Monsieur Shidoush SIAMI, Professeur agrégé, Monsieur Patrick CHARRIN, Assistance technique, Département réseaux et télécommunications, IUT des Pays de l'Adour, Mont -de-Marsan, France, qui m’ont donné des connaissances dans le domaine de réseau électrique. Je tiens à remercier Jamal EL HACHEM, Doctorant, LIUPPA, Université de Pau et des Pays de l’Adour, Mont-de-Marsan, France, pour ses aides à plusieurs reprises. Enfin, j’adresse mes plus sincères remerciements à ma famille, qui m’a toujours soutenue et encouragée au cours de la réalisation de ce mémoire. ii TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com RESUME Le Smart Grid est considéré comme le réseau électrique de prochaine génération qui utilise les flux bidirectionnels de l'électricité et de l'information pour créer un réseau de distribution d'énergie automatisé largement distribué.
Il a été proposé comme une solution pour la diversité croissante des sources d'électricité. Aujourd'hui, les sources d'électricité comprennent non seulement les centrales au charbon et les centrales nucléaires, mais aussi l'énergie renouvelable comme les parcs éoliens et les panneaux solaires. L'électricité est de plus en plus produite non seulement par les producteurs traditionnels comme les centrales électriques mais aussi les consommateurs traditionnels qui peuvent installer des panneaux solaires ou des turbines éoliennes sont devenues ainsi les producteurs d'électricité. Cela soulève la nécessité de transmission d’électricité dans les deux sens du producteur traditionnel au consommateur traditionnel et à l’inverse.
L’information sur la consommation, la production, et les commandes de control sera aussi transmise dans les deux sens. C’est pour cela que les nouveaux appareils comme les compteurs intelligents ont été proposées. Cependant, la distribution de ces nouveaux appareils soulève les défis sur la protection, la sécurité, la confidentialité, et les attaques informatiques. Par exemple : L’attaqueur qui compromise le compteur intelligent pourrait changer l’information sur leur consommation ou production pour gagner l’argent ou demander à plusieurs compteurs intelligent de se déconnecter ou reconnecter qui pourrait causer le problème sur la stabilité et l’équilibrage du réseau électrique et probablement conduire au problème de grande coupure d’électricité.
Pour analyser l’impact des attaques de sécurités, l’utilisation de simulateur est une solution. Dans ce travail, nous fournissons l’étude de l’état de l’art sur les techniques de simulation et les simulateurs existant pour le Smart Grid, faisons le choix d’un simulateur correspondant le plus à nos besoins et développons certains modules nécessaires pour la simulation du compteur intelligent. Finalement, nous proposons un cas d’attaque de sécurité et analysons les impacts potentiels sur le réseau électrique du Smart Grid. iii TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com ABSTRACT The Smart Grid is regarded as the next generation power grid which uses two-way flows of electricity and information to create a widely distributed automated energy delivery network.
It has been proposed as a solution for the increasing diversity of sources of electricity. Nowadays the sources of electricity comprise not only coal plants and nuclear plants, but also the renewable energy like wind farms and solar panels. More and more, the electricity is no longer produced by only traditional producers like plants, but also at the traditional consumers who can install solar panels or wind-powered turbines, thus becoming electricity producers. This raises the need for electricity to be transmitted in both ways from the traditional producer to the traditional consumer and in the opposite way as well.
The information like metering data about the electricity produced and consumed and control commands has to be transmitted as well in both ways. For this, new devices like smart meters have been proposed. However, the distribution of smart meters raises new challenges for their protection, safety, privacy, and cyber-attacks. For example, Hackers who compromise a smart meter can immediately manipulate their energy costs, fabricate generated energy meter readings to make money, or ask several smart meters to disconnect or reconnect remotely which could cause the problem on the stability and balancing of the electrical network and probably lead to large power outage problem.
To study such attacks, one way is to use simulators. In this work we provide the study on the state of art of the existing simulation techniques and simulators for the Smart Grid, choosing a simulator corresponds the most to our needs and develop some module necessary for the simulation of the smart meter. Finally, we propose a security attack case study and analyze the potential impacts on the power network of Smart Grid. iv TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com TABLE DES MATIERES ATTESTATION SUR L’HONNEUR.
iv TABLE DES MATIERES. v TABLE DES FIGURES. vii LISTE DES TABLEAUX .1 Définition du Smart Grid .2 Infrastructure du Smart Grid .3 Caractéristiques du Smart Grid .2 Motivation et objectif .4 Lieu de stage .5 Plan du document. 12 ÉTAT DE L’ART .1 Techniques de simulation et simulateurs existants.1 Simulateurs de réseaux de communications informatiques .2 Nouveaux simulateurs développés pour le Smart Grid .3 Intégration des modules électriques au simulateur de réseaux informatiques .4 Intégration des modules informatiques au simulateur de réseaux électriques .2 Critères de choix des simulateurs.
19 v TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.1 Présentation de SCORE .2 Architecture de SCORE .3 Nouveaux modèles et fonctionnalités ajoutés .1 Modèle du compteur intelligent et turbine à gaz .2 Algorithme d’équilibrage de charge du réseau électrique .4 Évaluation du SCORE .1 Scénario du réseau électrique pour le cas d'attaque .2 Scénario du cas d'attaque et résultat obtenu. 46 CONCLUSION ET PERSPECTIVES. 48 vi TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com TABLE DES FIGURES Figure 1 : L’évaluation de la production d’énergie de la France (Source [3]). 2 Figure 2 : La structure du réseau électrique (couche 1).
3 Figure 3 : La structure du réseau de communications du Smart Grid (couche 2). 4 Figure 4 : Linky le compteur intelligent de la France. 7 Figure 5 : L’interface utilisateur graphique de SCORE[29]. 22 Figure 6 : L’interface utilisateur graphique de CORE source[53].
23 Figure 7 : L’architecture de SCORE[29]. 24 Figure 8 : Diagramme de classe de fonctionnalité développé. 26 Figure 9: La liste des fichiers log d'analyse. 29 Figure 10 : Log de la production totale du réseau électrique.
29 Figure 11 : Log de l'offre et la demande électrique totale dans le réseau électrique30 Figure 12 : Log de la demande électrique souhaitée de chaque maison. 30 Figure 13 : Log de la consommation réelle de chaque maison. 31 Figure 14 : Log de la production électrique de chaque maison. 31 Figure 15 : La carte de France.
33 Figure 16 : Le réseau électrique simulé pour le cas d'attaque de sécurité. 34 Figure 17 : La demande d'électricité moyenne quotidienne au Royaume-Unis[58]36 Figure 18 : Le profil de consommation d’énergie simulé. 36 Figure 19 : Le profil de production d’énergie simulé. 38 Figure 20 : Le point de la connexion des attaquants dans le réseau électrique.
39 Figure 21 : Le réseau électrique avant l'attaque. 40 Figure 22 : Le réseau électrique pendant l’attaque. 41 Figure 23 : Le résultat du cas d’attaque pour la première exécution. 42 Figure 24 : Le résultat de la production pour la première exécution.
43 Figure 25 : Le résultat du cas d’attaque pour la deuxième exécution. 44 Figure 26 : Le résultat de la production pour la deuxième exécution. 44 vii TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com LISTE DES TABLEAUX Table 1: La table des critères de choix de simulateur. 20 viii TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com CHAPITRE 1 INTRODUCTION De nos jours, l’électricité est un facteur nécessaire et important pour la vie quotidienne des gens, les entreprises, et le développement des pays.
De plus, la demande de l’énergie électrique mondialement est de plus en plus augmentée. La production d’énergie totale en 2009 [1] a montré que la grande majorité de la production d’énergie électrique mondiale est basé sur le charbon, le gaz naturel et le pétrole couvrant 67%. L’énergie nucléaire couvre 13%, et les centrales hydroélectriques couvrent 16%, tandis que la production d’énergie par les ressources renouvelables comme l’énergie solaire, éolienne et géothermique couvrent seulement 3%. La France est un des pays Européens qui produisent l’énergie électrique principalement dans les centrales nucléaires [2] comme le montre la Figure 1.
Selon [3] 73% de l’électricité produite en 2013 en France est nucléaire, 8% sur le charbon, le gaz naturel et le pétrole, et 18% sur l’énergie renouvelable et l’hydroélectrique. La tendance de l'utilisation de plus de l'énergie renouvelable (énergie vert) et l'utilisation de manière efficace est un facteur qui pousse le gouvernement à considérer la nouvelle génération de réseau électrique qui serait plus intelligent, contrôlable et facilite l’intégration de la production local varié et distribué, par exemple l’énergie solaire et l’éolienne peuvent être installé localement au tour de la maison du client qui est donc devenu fournisseur d’électricité. Cela a pour objectif de diminuer la production principale qui crée beaucoup de pollution annuelle, de remplacer la production basée sur les ressources non-renouvelables qui sont de plus en plus diminué, et d’éviter le grand pourcentage de perte d’énergie lors de la transmission et distribution à grand distance. Cela est la motivation principale du “Smart Grid”.
1 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Figure 1 : L’évaluation de la production d’énergie de la France (Source [3]).1 Définition du Smart Grid Il existe plusieurs définitions de la notion “Smart Grid”, par exemple la définition de l’Union Européenne, le Smart Grid est un réseau d'électricité qui peut intelligemment intégrer les comportements et les actions de tous les utilisateurs pour assurer l'approvisionnement en électricité durable, économique et sécurisé [4]. Alors que l’US Department of Energy indique que le Smart Grid est un réseau intelligent qui utilise la technologie numérique pour améliorer la fiabilité, la sécurité et l'efficacité du système d’électricité [5].