引言：打破传统边界，深化安全纵深
在电力二次安全防护体系中，“纵向加密认证装置”是保障调度主站与厂站间数据传输安全的核心防线。传统部署模式严格遵循“横向隔离、纵向认证”原则，通常要求主站与厂站、不同安全区之间划分不同网段。然而，随着智能变电站、新能源场站及配网自动化等新型场景的快速发展，网络架构日益复杂，有时出于简化网络管理、降低运维成本或兼容特定通信协议（如IEC 61850 GOOSE/SV在同一站控层网络内广播）的考虑，会出现需要在“同一网段”内实现安全通信的需求。这并非对安全原则的妥协，而是对纵向加密技术应用深度和灵活性的更高要求。本文将聚焦于这一特定场景，探讨其应用方案、解决的核心痛点及关键架构设计，为项目经理和方案设计师提供切实可行的技术路径。
场景剖析：为何需要同一网段内的纵向加密？
在智能变电站、新能源集控中心或配网自动化系统中，以下情况可能催生同一网段内部署纵向加密的需求：
- 智能变电站站控层网络：站内监控主机、远动装置、保信子站、故障录波器等众多智能电子设备（IED）可能部署在同一VLAN或IP网段。当需要与调度主站进行安全通信时，若为每台设备单独划分网段并部署加密装置，将导致网络结构异常复杂，成本激增。
- 新能源场站集控通信：一个大型风光储场站内，多个逆变器、箱变监控单元通过交换机汇聚后，经同一上行链路与场站监控系统或远方集控中心通信。为简化网络拓扑，所有监控单元可能处于同一业务网段。
- 配网自动化终端群：在配电房或环网柜中，多个DTU/FTU终端通过工业以太网交换机级联，共享同一IP网段接入配网主站。为每个终端配置独立加密通道不现实。
核心痛点在于：如何在保持网络简化与高效通信的同时，满足《电力监控系统安全防护规定》及国网/南网相关细则中对于调度数据网“纵向加密、认证”的强制性要求，防止数据窃听、篡改与非法访问。
核心方案：基于透明桥接与策略路由的融合设计
解决同一网段内纵向加密的关键，在于改变传统“加密装置作为网关”的部署模式，采用“透明桥接”或“策略路由”模式。此时，纵向加密认证装置不再作为IP网关（改变数据包的IP地址），而是作为网络中的一个透明安全节点。
- 透明桥接模式：装置工作在数据链路层（Layer 2），对网络层（Layer 3）及以上透明。它根据预设的安全策略（如基于MAC地址、IP地址、TCP/UDP端口），识别需要加密的流量（如前往特定调度主站的IEC 60870-5-104或IEC 61850 MMS报文），对其进行加密封装后，仍从原端口发出。非加密流量（如站内GOOSE报文）则直接转发。这种方式对现有网络IP规划零改动。
- 策略路由模式：装置工作在网络层。通过配置精细的访问控制列表（ACL）和策略路由，将来自同一网段内不同源IP、目的为调度主站的流量，引导至加密引擎处理，完成加密后送出。处理后报文的目的IP仍是远方主站，但源IP可选择保留或由装置代理。
两种模式均需加密装置具备强大的包过滤、深度报文检测（DPI）和并行加解密处理能力，以区分并处理来自同一广播域内的多路并发安全会话。
架构设计要点与安全考量
设计此类方案时，必须周密考虑以下要点：
- 流量识别与隔离：明确加密边界。通常，以“调度数据网接入路由器”或特定安全区边界为界。装置必须能精确识别“站内通信流量”与“上下行调度流量”，仅对后者进行加密。这依赖于对协议（如104、MMS）端口的精准识别，甚至应用层特征分析。
- 会话管理与性能：一台装置需要同时维护与网段内多个业务终端（如多个IED）对应的多条加密隧道（如IPSec VPN）。需评估装置的最大并发会话数、新建会话速率及加解密吞吐量（例如，能否支持1000条以上隧道，吞吐量≥100Mbps），确保不影响实时性要求。
- 冗余与可靠性设计：作为关键安全节点，必须采用双机热备模式（如主备或负载分担）。在同一网段内，可通过虚拟路由器冗余协议（VRRP）或透明模式下的环网保护机制，实现故障毫秒级切换，避免单点故障导致整个网段与主站失联。
- 合规性适配：方案设计需严格对标《GB/T 36572-2018 电力监控系统网络安全防护导则》及电网公司企业标准。即使在同一网段，也必须实现双向身份认证（采用数字证书，符合国密SM2算法要求）、数据完整性保护及机密性加密（国密SM1/SM4）。
实施案例：某智能变电站的简化安全接入
某220kV智能变电站改造项目中，站控层网络（安全I区）包含监控主机、远动网关机、保信子站等共8台关键服务器/装置，均位于10.10.1.0/24网段。原计划为每台设备配置独立防火墙和加密通道接入调度数据网，方案复杂且昂贵。
最终方案：在站控层核心交换机与调度数据网接入路由器之间，串行部署一对支持透明桥接模式的高性能纵向加密认证装置（双机热备）。
- 配置策略：在加密装置上配置ACL，规则为“源IP属于10.10.1.0/24，目的IP为调度主站地址段，且目的端口为2404（IEC 104）或102（IEC 61850 MMS）的TCP流量”触发加密。
- 加密参数：启用基于SM2证书的IKEv2认证，采用SM4-CBC算法进行数据加密，SM3算法进行完整性校验。
- 效果：实现了网段内所有需访问调度主站的设备流量统一加密，网络拓扑清晰，IP地址无需改动。装置实测最大并发隧道数支持1200条，吞吐量达200Mbps，完全满足需求，并通过了电力行业权威机构的入网测试和安全评估。
总结
“同一网段通过纵向加密”并非安全防护的例外，而是在深入理解标准原则基础上，针对特定复杂场景提出的精细化、高性能解决方案。它通过采用透明桥接、策略路由等先进模式，在保持网络架构简洁性的同时，严格满足了纵向加密认证的强制安全要求。对于项目经理和方案设计师而言，成功实施此类方案的关键在于：精准的流量识别策略、充足的设备性能选型、高可靠的冗余架构设计，以及贯穿始终的合规性考量。这标志着电力二次安全防护正从简单的边界隔离，向着更深度的网络内部、更细粒度的数据流安全保护方向演进。