다람쥐 알고리즘, 지진·사이버공격·다람쥐로 인한 정전 예방 위해 전력망 취약점 탐지

• 전력망 취약점을 탐지하는 '다람쥐(Squirrel)'라는 새 알고리즘
• 지진, 악의적 공격, 다람쥐로 인한 방해 등 모든 유형의 위험에 적용 가능

전기 그리드 인프라의 어떤 조건과 고장이 극적인 정전으로 이어질 수 있을까? 그리고 민간 기업과 정부 기관이 재앙적 셧다운을 방지하기 위해 어디에 투자해야 할까?

지난 몇 년간 북한 해커가 미국 에너지 유틸리티에 침투했고, 러시아 해커가 원자력 발전소를 침해했다는 뉴스가 나왔습니다. 이런 해커 유발 정전은 전보다 더 빈번하게 발생하고 있습니다. 지진 같은 자연재해도 전력망 교란에 주요 역할을 합니다. 심지어 다람쥐(전기선을 갉아먹는 습성)도 전력망에 심각한 위협이 됩니다.

이러한 문제를 해결하기 위해 로렌스 리버모어 국립연구소 연구자들이 전력망의 약점을 탐지할 수 있는 '다람쥐(Squirrel)'라는 새 알고리즘을 개발했습니다. 이는 그리드에 대한 모든 가능한 위협을 식별하는 데 초점을 맞춘 3년 프로젝트(Quantitative Intelligent Adversary Risk Assessment)의 일부입니다.

알고리즘이 '원인 불가지론적(cause agnostic)'이므로 지진, 악의적 공격, 다람쥐에 의한 방해 등 모든 유형의 위험에 적용할 수 있습니다. 역문제(결과로부터 원인 추론)를 해결하고 어디에 주의를 기울이고 자원을 어떻게 할당할지 결정하는 데 도움을 줍니다.

정확히 무엇을 하는가?

그리드 위험 식별에서 가장 어려운 부분은 캐스케이드 효과입니다. 하나의 고장난 변전소가 전체 그리드 인프라에 영향을 줄 수 있습니다. 연구자들은 오픈소스 전력망 시뮬레이터(송전 전력 흐름 시뮬레이션)에 새 알고리즘을 구현해, 소규모 그리드 모델에서 5억 와트 부하 손실을 유발하기 위해 어떤 사건 시퀀스가 발생해야 하는지 연구했습니다.

시뮬레이션은 700개 이상의 치명적인 고장을 탐지했으며, 이 중 거의 절반이 특정 릴레이 한 개와 관련되었습니다. 이런 정보는 자원이 제한적일 때 매우 유용할 수 있습니다.

간단히 말해, 10기가와트 부하를 오프라인으로 만들 고장난 변전소가 걱정되고 이를 유발할 수 있는 방법을 찾고 있다면, 알고리즘이 실제로 그런 결과를 초래할 고장이 무엇인지 판단하는 데 도움을 줄 수 있습니다.

참조: 로렌스 리버모어 국립연구소

이는 기관들이 가능한 조건 수를 좁히고 극적인 고장으로 이어질 수 있는 위치를 우선순위화하는 데 도움이 됩니다. 알고리즘은 여러 매개변수를 변경하고 대규모 정전을 피하기 위한 효율적인 솔루션을 찾을 수 있습니다.

최근 몇 년간 개발된 전력망은 훨씬 더 자동화되고 스마트하지만, 인터넷에 연결되어 있어 해커와 적들에게 더 취약합니다. 현재 수동 기술로 그리드를 보호하는 것은 불가능합니다: 나쁜 결과를 초래할 모든 사건을 꿈꿀 수 없기 때문입니다. 따라서 다람쥐 알고리즘으로 실패를 유발하는 사건 목록을 좁히는 것이 일종의 필수가 되었습니다.

다음 단계는?

대규모 시스템에 적용하기 전에 알고리즘을 개선해야 합니다. 연구자들은 전기·가스, 통신·전력 흐름, 더 복잡한 배전 모델 등 다중 복합 결과를 고려할 수 있도록 모델링 역량을 강화할 계획입니다.

현재까지 46개 송전선을 처리할 수 있는 기본 모델로 작업했습니다. 이 선들은 켜지거나 꺼질 수 있으므로 2⁴⁶가지 가능한 배열이 있습니다. 무차별 대입 방법으로 처리하기엔 극도로 큰 숫자입니다. 실용적이고 스마트한 분석을 위해 10,000선 시스템 모델링을 목표로 합니다.

참고: GPS 없이 스마트폰 위치 찾는 선형 알고리즘

미래에는 실제 전력망을 사용해 취약점 탐지와 위험 평가를 수행하기 위해 기관들과 협력할 예정이며, 더 정밀한 모델을 생성할 것입니다.