Cybersecurity as a Precondition for the Carbon-Neutral Grid: An Investment Framework for U.S. Utility Cybersecurity Capital Allocation

电网是为现代生活提供动力的庞大且无形的神经系统，但它正在经历一场深刻的变革。几十年来，电力一直沿单一方向流动：从大型发电厂流向家庭和企业。如今，这种流动方式正在发生变化。数以百万计安装在屋顶上的太阳能电池板和车库里的蓄电池正被添加到系统中，使消费者变成了小规模的发电者。这一转变对于实现碳中和未来至关重要，但也带来了一种新的脆弱性。每一块新增的太阳能电池板和电池都是潜在的网络攻击切入点。随着这些设备的激增，其“攻击面”（即黑客可能尝试入侵的总位置）的增长速度超过了旨在保护电网的规则制定速度。

保护这一系统需要投入资金，但公用事业公司面临着一个复杂的难题。它们必须遵守严格的联邦法规，这些法规设定了最低安全水平，即所谓的“合规底线”。然而，这些规则并未涵盖那些快速增长的新型分布式网络，如屋顶太阳能和蓄电池。对于这些部分，公司必须自行决定投入多少资金以及何时投入。它们没有明确的指南来判断一项提议的安全升级是否物有所值，或者是否应该等待技术进一步演进。如果缺乏衡量决策的方法，公用事业公司可能会面临要么在不必要的防护上过度支出，要么投资不足导致电网暴露在风险之中的风险。

来自布兰迪斯大学、埃默里大学和佐治亚州立大学的研究团队提出了一个解决此问题的新方法。他们开发了一个四步框架，旨在帮助公用事业公司决定如何分配其网络安全预算。他们的工作并不依赖于来自特定电力公司的特定数据，也不依赖于对黑客攻击的计算机模拟。相反，这是一个方法论指南，将四个从未被整合在一起的现有理念结合在了一起：强制性规则、经济限制、时间灵活性和财务激励。作者认为，通过结合这些要素，公用事业公司可以做出更明智、更具防御性的决策，从而在向可再生能源转型的过程中保障电网安全。

该框架的第一步是确定“非协商性支出”。联邦监管机构已经建立了强制性标准，要求公用事业公司必须达标，例如管理计算机部件供应链带来的风险以及监控其内部计算机网络。研究人员称之为“合规底线”。这是公用事业公司无论认为遭受攻击会损失多少钱都必须支付的基础成本。这笔钱不是可选的；它是开展业务的代价。然而，这个底线止步于主输电线路的边缘。它并不涵盖现在连接到电网的数百万个分布式太阳能电池板和蓄电池。保护这些新资产是一种自主选择，而这正是挑战真正开始的地方。

对于超出强制性规则的支出，研究人员建议应用第二步：经济上限。他们借鉴了一个著名的经济模型，该模型认为组织在安全上的投入不应超过其预期遭受攻击时的损失金额。如果一项潜在的安全升级成本高于其所能防止的损失，那么这项投资就是不合理的。这一步起到了护栏的作用，防止公司出于恐惧或习惯而在安全领域过度支出。它迫使规划者提出一个尖锐的问题：这项特定的投资是否真的能减少一笔大于修复成本的财务损失？

第三步引入了时间因素。网络威胁和可再生能源技术领域的变化非常迅速。今天做出的决定在两年后可能会变得过时。研究人员建议使用一种称为“实物期权”的方法来应对这种不确定性。与其一次性投入所有资金，公用事业公司可以选择分阶段进行投入。他们可以先开展一个小规模的试点项目来测试技术。如果威胁形势发生变化或技术得到改进，他们可以扩大投资。如果情况向另一个方向发展，他们可以暂停或停止。这种灵活性增加了价值，允许公司在锁定大额资金之前等待更多信息。

框架的最后一步关注的是近期联邦法规创造的财务激励。联邦能源监管委员会的一项新指令允许公用事业公司比其他项目更容易地回收某些先进网络安全投资的成本。这创造了一种财务优势，鼓励针对超出最低要求的安全投资。研究人员建议，公用事业公司在进行计算时应考虑到这一优势。在将安全项目与其他需求（如升级输电线路或建设新变电站）进行比较时，应以较低的实际成本来评估该安全项目。这确保了宝安全升级不会仅仅因为在账面上看起来昂贵而被忽视。

为了测试该框架在现实世界中如何运作，作者研究了加利福尼亚州的一个历史案例。在2010年代初期，一个名为CES-21的项目资助了电网网络安全与可再生能源集成的研究。在立法者认定最初的申请缺乏明确的规模合理性后，该项目的预算最终被削减了约77%。研究人员利用这一事件来说明，在没有结构化方式来确定正确金额的情况下进行大规模安全投资的危险性。他们认为，如果当时有他们提出的这个框架，公用事业公司或许能够更清晰地证明支出的合理性，或者意识到采用更小规模、分阶段的方法可能更为合适。

论文明确指出，该框架是一个思考工具，而非一个可以直接投入使用的成品。作者指出，要使该系统完美运行，仍存在显著的数据缺口。例如，目前还没有关于攻击太阳能发电场或蓄电池聚合器究竟会造成多少损失的精确估算。此外，公用事业公司在分享有关其风险的敏感信息方面也存在困难，这使得计算驱动框架第二步的“预期损失”变得异常艰难。再者，目前还没有公用事业公司利用过这项新的联邦激励计划，因此关于该方程部分的实际运作情况尚无现实数据支持。

尽管存在这些局限性，研究人员仍相信他们的工作填补了一个关键空白。多年来，围绕电网安全的讨论一直分裂为两派：一派关注于遵循规则，另一派则关注于风险的经济学。这篇论文表明，一个安全、碳中和电网的未来取决于将这些线索编织在一起。通过提供一个将强制性规则、经济限制、时间灵活性和财务激励结合起来的结构化方法，该框架为公用事业规划者提供了一条路径。它并不承诺消除网络威胁，但它提供了一种更清晰、更符合逻辑的方式，来决定如何分配用于对抗威胁的资金。随着电网的持续变化，拥有一种能够驾驭这些复杂选择的方法，可能与技术本身同样重要。