10.14489/vkit.2026.10.pp.047-054

DOI: 10.14489/vkit.2026.10.pp.047-054

Рахмани Д., Бакашкин А. Е.
БЕСПАРОЛЬНАЯ АУТЕНТИФИКАЦИЯ В ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫХ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ СЕТЯХ: СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ БЕЗОПАСНОСТИ И ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ
(с. 47-54)

Аннотация. Представлены два перспективных подхода к пост-парольной аутентификации в интеллектуальных энергосетях (Smart Grid): схемы на основе верифицируемого шифрования с одноразовыми ключами (VE+OTP) и стандарта Passkeys (FIDO2/WebAuthn). Актуальность работы обусловлена высокой уязвимостью традиционных парольных систем, что в условиях критической инфраструктуры создает значительные риски для энергоснабжения. Новизна исследования заключается в системном сравнении указанных схем, проведенном с использованием формальной модели угроз (Dolev-Yao, STRIDE) и набора количественных метрик безопасности и производительности, характерных для гетерогенной среды Smart Grid. Вклад работы включает: формальную модель угроз для сценариев аутентификации в Smart Grid; набор измеримых метрик безопасности и производительности; методику экспериментальной оценки с учетом деградации каналов и отказов инфраструктуры; результаты натурных измерений времени криптоопераций и сетевых задержек на типовом оборудовании с распределениями P50, P95 и P99 %; практическую карту выбора технологий аутентификации для различных ролей и классов устройств, а также рекомендации для корпоративных стандартов безопасности.

Ключевые слова: аутентификация; пост-парольная аутентификация; Smart Grid; верифицируемое шифрование; одноразовые ключи; Passkeys; FIDO2; WebAuthn; модель угроз; кибербезопасность.

Rahmani J., Bakashkin A. E.
PASSWORDLESS AUTHENTICATION IN INTELLIGENT POWER GRIDS: COMPARATIVE ANALYSIS OF SECURITY AND PERFORMANCE
(pp. 47-54)

Abstract. A comparative analysis of two post-password authentication approaches for Smart Grids is conducted: a verifiable encryption with one-time passwords (VE+OTP) scheme and the Passkeys (FIDO2/WebAuthn) standard. The study addresses the high vulnerability of traditional password-based authentication in critical energy infrastructure. A formal threat model combining Dolev-Yao channel model and STRIDE classification is developed to systematically evaluate security properties. A set of quantitative metrics for authentication performance and security is proposed, including latency, CPU load, message size, energy consumption, and resilience to network degradation and infrastructure failures. Experimental measurements are performed on representative hardware platforms: a server (Xeon E5-2670), operator workstation (Core i5), edge gateway (Odroid N2+), and field controller (STM32F407). Three operational scenarios are emulated: normal operation (RTT <5 ms), channel degradation (RTT 100 ms, 3 % packet loss, 50 ms jitter), and high load (100…1000 requests per second). Results show that VE+OTP achieves authentication latency of 2.1 ms (P99) on field controllers under normal conditions and remains operational during network outages using pre-generated key pools, but offers only moderate phishing resistance. Passkeys provides strong phishing resistance through origin binding but requires 88 ms (P99) on operator workstations and becomes unavailable when the identity provider is unreachable. A technology selection map is formulated linking authentication methods to specific Smart Grid roles and device classes: Passkeys for operators and administrators, VE+OTP for edge gateways and field controllers, and hybrid schemes for critical operations. Recommendations for corporate security standards are provided.

Keywords: Authentication; Post-password authentication; Smart Grid; Verifiable encryption; One-time passwords; Passkeys; FIDO2; WebAuthn; Threat model; Cybersecurity.

+ - Информация об авторах (About the Authors) Click to collapse

Рус

Д. Рахмани, А. Е. Бакашкин (Московский технический университет связи и информатики, Москва, Россия) E-mail: Этот e-mail адрес защищен от спам-ботов, для его просмотра у Вас должен быть включен Javascript

Eng

J. Rahmani, A. E. Bakashkin (Moscow Technical University of Communications and Informatics, Moscow, Russia) E-mail: Этот e-mail адрес защищен от спам-ботов, для его просмотра у Вас должен быть включен Javascript

+ - Библиографический список (References) Click to collapse

Рус

1. Докучаев В. А. Типовая структура корпоративной инфокоммуникационной системы энергопроизводящей компании ИРИ // III Научный форум телекоммуникации: теория и технологии (TTT–2019). 2019. Казань, Россия. С. 298–299.
2. Докучаев В. А., Мытенков С. С., Рахмани Д. Д., Сафонов И. А. Анализ уязвимостей парольных систем аутентификации в распределенных и критических инфраструктурах // Экономика и качество систем связи. 2025. № 2. С. 1–14.
3. Cybersecurity for Power Grids: Challenges and Solutions / G. Liang, S. R. Weller, J. Zhao, et al. // IEEE Transactions on Smart Grid. 2017. Vol. 8, No. 5. P. 2446–2455.
4. Докучаев В. А., Рахмани Д. Д., Сафонов И. А. Алгоритм аутентификации на основе верифицируемого шифрования с одноразовыми ключами для систем Smart Grid // Экономика и качество систем связи. 2025. № 2. С. 116–124.
5. IEC 62351. Power systems management and associated information exchange - Data and communications security.FIDO Alliance: сайт. FIDO2: WebAuthn & CTAP Specification. URL: https://fidoalliance.org/specifications/ (дата обращения: 03.03.2026).
6. NIST Special Publication 800-63B. Digital Identity Guidelines: Authentication and Lifecycle Management.
7. Dolev D., Yao A. C. On the Security of Public Key Protocols // IEEE Transactions on Information Theory. 1983. Vol. 29, No. 2. P. 198–208. DOI: 10.1109/TIT.1983.1056650.
8. Shostack A. Threat Modeling: Designing for Security. Indianapolis: John Wiley & Sons, 2014. 624 p.
9. Bonneau J., Herley C., van Oorschot P. C., Stajano F. The Quest to Replace Passwords: A Framework for Comparative Evaluation of Web Authentication Schemes // Proceedings of the 2012 IEEE Symposium on Security and Privacy. 2012. P. 553–567. DOI: 10.1109/SP.2012.44
10. Web Authentication: An API for accessing Public Key Credentials. Level 2. W3C Recommendation. 8 April 2021 / J. Hodges, J. B. Jones, et al. // URL: https://www.w3.org/TR/webauthn-2/ (дата обращения: 03.03.2026).
11. Rescorla E. The Transport Layer Security (TLS) Protocol Version 1.3: RFC (Request for Comments). 8446. 2018. DOI: 10.17487/RFC8446
12. Dean J., Barroso L. A. The Tail at Scale // Communications of the ACM. 2013. Vol. 56, No. 2. P. 74–80. DOI: 10.1145/2408776.2408794

Eng

1. Dokuchaev, V. A. (2019). Typical structure of the corporate infocommunication system of an energy generating company IRI. In III Scientific Forum on Telecommunications: Theory and Technologies (TTT–2019) (pp. 298–299). Kazan, Russia. [in Russian language].
2. Dokuchaev, V. A., Mytenkov, S. S., Rakhmani, D. D., & Safonov, I. A. (2025). Analysis of vulnerabilities of password authentication systems in distributed and critical infrastructures. Ekonomika i kachestvo sistem svyazi, (2), 1–14. [in Russian language].
3. Liang, G., Weller, S. R., Zhao, J., et al. (2017). Cybersecurity for power grids: Challenges and solutions. IEEE Transactions on Smart Grid, 8(5), 2446–2455.
4. Dokuchaev, V. A., Rakhmani, D. D., & Safonov, I. A. (2025). Authentication algorithm based on verifiable encryption with one-time keys for Smart Grid systems. Ekonomika i kachestvo sistem svyazi, (2), 116–124. [in Russian language].
5. International Electrotechnical Commission. (n.d.). IEC 62351: Power systems management and associated information exchange – Data and communications security. IEC.
6. FIDO Alliance. (n.d.). FIDO2: WebAuthn & CTAP specification. Retrieved March 3, 2026, from https://fidoalliance.org/specifications/
7. National Institute of Standards and Technology. (n.d.). Digital identity guidelines: Authentication and lifecycle management (NIST Special Publication 800-63B). U.S. Department of Commerce.
8. Dolev, D., & Yao, A. C. (1983). On the security of public key protocols. IEEE Transactions on Information Theory, 29(2), 198–208. https://doi.org/10.1109/TIT.1983.1056650
9. Shostack, A. (2014). Threat modeling: Designing for security. John Wiley & Sons.
10. Bonneau, J., Herley, C., van Oorschot, P. C., & Stajano, F. (2012). The quest to replace passwords: A framework for comparative evaluation of web authentication schemes. In Proceedings of the 2012 IEEE Symposium on Security and Privacy (pp. 553–567). IEEE. https://doi.org/10.1109/SP.2012.44
11. Hodges, J., Jones, J. B., et al. (2021). Web authentication: An API for accessing public key credentials. Level 2 (W3C Recommendation). World Wide Web Consortium. Retrieved March 3, 2026, from https://www.w3.org/TR/webauthn-2/
12. Rescorla, E. (2018). The Transport Layer Security (TLS) Protocol Version 1.3 (RFC 8446). Internet Engineering Task Force. https://doi.org/10.17487/RFC8446 Dean, J., & Barroso, L. A. (2013). The tail at scale. Communications of the ACM, 56(2), 74–80. https://doi.org/10.1145/2408776.2408794

+ - Заказать электронную версию статьи (Purchase digital version of a single article) Click to collapse

Рус

Статью можно приобрести в электронном виде (PDF формат).

DOI: 10.14489/vkit.2026.10.pp.047-054

Скопируйте DOI статьи и перейдите по ссылке https://id-spektr.ru/product/pokupka-elektronnoy-stati-iz-zhurnala-vestnik-kompyuternyh-i-informatsionnyh-tehnologiy

В комментарии к заказу обязательно укажите DOI статьи.

Eng

This article is available in electronic format (PDF).

DOI: 10.14489/vkit.2026.10.pp.047-054

Copy the article DOI and follow the link https://id-spektr.ru/product/pokupka-elektronnoy-stati-iz-zhurnala-vestnik-kompyuternyh-i-informatsionnyh-tehnologiy

Please specify the article DOI in the order comments.