CN101753312A - 一种电网设备的安全认证方法、装置及一种负控终端 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电网设备的安全认证方法、装置及一种负控终端，该方法包括：接收电网中主站设备发送的包括安全认证数据和指令数据的电力信息；根据所述的安全认证数据对所述的电网设备进行安全认证，生成安全认证结果；根据所述的安全认证结果，执行所述的指令数据对应的操作。本发明还公开了一种电网设备的安全认证的装置，该装置包括，信息接收单元，用于接收电网中主站设备发送的包括安全认证数据和指令数据的电力信息；安全认证单元，用于根据所述的安全认证数据对所述的电网设备进行安全认证，生成安全认证结果；指令执行单元，用于根据所述的安全认证结果，执行所述的指令数据对应的操作。同时，本发明还公开了一种负控终端。

Description

一种电网设备的安全认证方法、装置及一种负控终端
技术领域
本发明涉及负控终端领域，尤其涉及一种电网设备的安全认证方法及安全认证装置，同时还涉及一种负控终端。
背景技术
电能信息的采集是现代电力营销系统的一个重要环节，传统的电量结算是靠人工定期到现场抄取数据，在实时性、准确性和应用性等方面都存在许多不足之处。负控终端即为执行电能信息采集的设备，主要用于各信息采集点的电能信息的采集，还可用于信息采集点的数据管理，数据传输以及执行或转发主站下发的控制命令，实现了对电能信息的自动采集及对监控对象的远程控制。
为了保证重要操作和数据的安全，需要对重要操作的报文和数据进行加密处理，因此在传输过程中数据采用密文的形式进行传输。
发明人在实现本发明的过程中，发现现有技术存在以下不足，终端传输的密文采用简单的逻辑加密等软加密形式，软加密形式的密文，安全性较低，易被破解，使得数据传输的安全性降低。
发明内容
本发明实施例提供一种电网设备的安全认证方法及装置以及一种负控终端，以提高负控终端与电网中主站设备之间的数据传输的安全性。
本发明的目的之一是提供一种电网中主站设备的安全认证方法，该方法包括：接收电网中主站设备发送的包括安全认证数据和指令数据的电力信息；根据安全认证数据对电网设备进行安全认证，生成安全认证结果；根据安全认证结果，执行指令数据对应的操作。
本发明的目的之一是提供一种电网设备的安全认证装置，该安全认证装置包括：信息接收单元，用于接收电网中主站设备发送的包括安全认证数据和指令数据的电力信息；安全认证单元，用于根据安全认证数据对电网设备进行安全认证，生成安全认证结果；指令执行单元，用于根据安全认证结果，执行指令数据对应的操作。
本发明目的之一是提供一种负控终端，该负控终端包括：电网采集设备本体；还包括：嵌入式安全认证模块ESAM；其中，ESAM模块包括：信息接收单元，用于接收电网中主站设备发送的包括安全认证数据和指令数据的电力信息；安全认证单元，用于根据安全认证数据对电网设备进行安全认证，生成安全认证结果；指令执行单元，用于根据安全认证结果，执行指令数据对应的操作。
本发明实施例中终端执行主站的指令数据前，需先对电网设备进行安全认证，提高系统的安全性。同时本发明的负控终端中，采用ESAM模块对电网设备进行身份认证并存储关键数据，ESAM模块是以CPU卡为平台的安全载体，软硬件安全性能都获得了国际认证，在这个平台上设定的特定信息或者密钥就具有特定的不可破解的特点。ESAM模块中内嵌8位安全处理器，能够进行国密算法、DES、3DES加密运算，同时运算过程中加入随机数的参与，使用现有的手段和资源，很难攻击。从而提高了电力系统中数据存储的安全性。
附图说明
图1为本发明实施例电网设备的安全认证方法流程图；
图2为本发明一实施例对电网中主站设备进行身份认证流程图；
图3为本发明电网设备安全认证装置结构框图；
图4为本发明电网设备安全认证装置的安全认证单元的结构框图；
图5为本发明实施例主站设备安全认证装置结构示意图；
图6为对主站发送的指令数据进行MAC校验的流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合说明书附图对本发明实施例进行进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
如图1所示，本发明实施例中一种电网设备安全认证方法流程可以包括：
步骤S101，接收电网中主站设备发送的包括安全认证数据和指令数据的电力信息；
步骤S102，根据所述的安全认证数据对所述的电网设备进行安全认证，生成安全认证结果；
步骤S103，根据所述的安全认证结果，执行所述的指令数据对应的操作。
在本发明实施例中接收到主站设备的指令数据，需先对主站设备和接收主站设备发送的电力信息的终端设备进行安全认证，所述的安全认证包括：身份认证、权限认证、MAC(Message Authentication Code，数据报文鉴别码)校验。本发明实施例所述的指令数据对应的操作包括：身份认证、参数更新、密钥更新、数据回抄、远程控制等。其中，第一步需要先对电网设备进行身份认证，即在电网中实现终端对主站的认证同时也是实现了主站对接收指令的终端的认证，身份认证通过后，对接收到的主站的指令数据进行权限认证和/或MAC校验，安全认证通过后，方可执行主站指令数据的其它操作。
对电网设备进行身份认证的安全认证数据包括：用于对主站设备进行身份认证的主站设备发送的分散因子、随机数及由所述分散因子生成的主站密钥加密所述随机数而生成的主站密文。该生成主站密文的步骤，可通过在主站设备侧利用加密机生成，如图2所示为对电网中主站设备进行身份认证的流程图。为便于描述，此处设主站设备发送的分散因子为X，随机数为RND1，主站密文为Y1，主站设备生成的主站密钥为KEY1。
步骤S201，主站发送分散因子X和取随机数命令；
步骤S202，加密机生成随机数并对所述的分散因子X进行离散，加密机生成随机数RND1，并对分散因子X进行离散，生成密钥主站密钥KEY1；
步骤S203，加密机生成主站密文，加密机利用步骤S202中生成的主站密钥KEY1加密随机数RND1，生成主站密文Y1，并将生成的随机数RND1和主站密文Y1返回主站设备；
步骤S204，根据分散因子生成验证密钥，即负控终端对接收到的主站设备发送的分散因子、随机数RND1和主站密文Y1后，负控终端利用分散因子生成验证密钥；
步骤S205，生成验证密文，负控终端利用验证密钥KEY2对接收到的随机数RND1进行加密，生成验证密文Y2；
步骤S206，比较验证密文与主站密文是否相同；
判断是，执行步骤S207，生成应答随机数RND2，并将该随机数返回主站设备；
判断否，执行步骤S208，返回认证失败的结果。
本发明实施例还公开了一种电网设备安全认证装置，如图3所示，该装置包括：信息接收单元301、安全认证单元302以及指令执行单元303。
信息接收单元301，用于接收电网中主站设备发送的包括安全认证数据和指令数据的电力信息；
安全认证单元502，用于根据所述的安全认证数据对所述电网设备进行安全认证，生成安全认证结果；
指令执行单元503，用于根据所述的安全认证结果，执行所述的指令数据对应的操作；
应答随机数生成单元304，用于产生一个应答随机数并将所述的应答随机数返回所述的主站设备；
数据存储单元305，用于对包括设备信息、用户信息、报警信息、囤积电量信息和费率时段信息的关键数据进行存储。
如图4所示，其中安全认证单元302还包括：
验证密钥生成模块401，用于根据所述的分散因子数生成验证密钥；
验证密文生成模块402，用于利用所述的验证密钥对所述的随机数加密生成验证密文；
密文比较模块403，用于将生成的验证密文与所述的主站密文进行比较，生成安全认证结果；
验证MAC值生成模块404，用于利用所述的验证密钥对所述的应答随机数和MAC数据明文进行MAC计算，生成验证MAC值；
MAC值比较模块405，用于将生成的验证MAC值与所述的主站MAC值进行比较，生成MAC认证结果。
上述的电网设备安全认证装置可以为通过在终端安装ESAM模块，在负控终端中采用ESAM模块对负控终端连接的电网中的主站设备进行安全认证，实现对电网设备和负控终端的双向的安全认证。
负控终端包括各种采集终端，所述采集终端包括：
公变采集终端，公用配电变压器综合监测终端，实现公变侧电能信息采集；
专变采集终端，专变用户电能信息采集终端，实现对专变用户的电能信息采集；
低压集中器，收集各采集终端或电能表的数据，并进行处理储存，同时能和主站或手持设备进行数据交换的设备；
低压采集器，用于采集多个电能表电能信息，可与集中器交换数据的设备。
手持设备(或称手持抄表终端)，能够近距离直接与单台电能表、集中器、采集器及计算机设备进行数据交换的设备。
如图5所示的一种负控终端，包括电网采集设备本体如：
总线单元501，连接外部设备；
CPU502，中央处理单元，接收主站设备发送的安全认证数据；
通信单元503，用于与外围设备进行通信；
ESAM模块504，用于根据CPU502接收到的安全认证数据对连接到负控终端的设备进行安全认证，并存储负控终端的关键数据。
负控终端接收主站发送的电力信息，由ESAM模块504对主站设备和该负控终端进行安全认证，安全认证通过后，负控终端执行主站的控制命令。
ESAM模块还具有加密功能，可对设备信息、用户信息、报警信息、囤积电量信息和费率时段信息的关键数据进行存储，表1为负控终端中ESAM模块存储的文件目录。
表1：ESAM模块文件目录
  文件   内容说明   标识   权限1   权限2
  MF   主文件   3F00   主控密钥   主控密钥
  MKF   密钥文件   0000   ----   主控密钥
  EF1   钱包文件   0001   自由(扣款)   身份认证+MAC
  EF2   参数信息文件   0002   自由   身份认E+MAC
  EF3   费率时段表文件   0003   自由   身份认证+MAC
  EF4   阶梯电价文件   0004   自由   身份认证+MAC
  EF5   混合电价文件   0005   自由   身份认证+MAC
  EF6   返写信息文件1   0006   自由   自由
  EF7   运行信息文件   0007   自由   自由
  EF8   控制命令文件1   0008   自由   身份认证+密文
  EF9   控制命令文件2   0009   自由   身份认证+MAC
表2为ESAM模块的密钥文件存储密钥类型及密钥使用、更改权限。
表2密钥文件
  标识   名称   使用权   更改权
  00   主控密钥   自由   主控密钥
  标识   名称   使用权   更改权
  01   系统身份认证密钥   自由   主控密钥
  02   钱包线路保护写密钥   自由   主控密钥
  03   文件传输线路保护写密钥   自由   主控密钥
  04   文件传输线路保护读密钥   自由   主控密钥
主控密钥，标识00，用于系统中的密钥线路保护密钥。
系统身份认证密钥，标识01，用于完成对各种卡的身份识别，所存密钥用卡片序列号分散。
钱包传输线路保护写密钥，标识02，用于验证写ESAM钱包文件的MAC。
文件传输线路保护写密钥，标识03，用于验证写ESAM剩余电量文件、参数信息文件的MAC。
文件传输线路保护读密钥，标识04，用于生成写用户卡返写信息文件的MAC。
CPU将主站设备的安全认证信息发送到ESAM模块，ESAM模块604接收所述的安全认证信息，对主站设备首先进行身份认证，获取安全认证信息中的包括分散因子、随机数及主站密文的安全认证数据对主站进行身份认证，ESAM模块504对主站设备进行身份认证的操作流程如图2所示，下面结合具体数值对步骤详细描述。
此处收到的主站设备的分散因子可为2字节0和6字节终端编号，设终端编号为000100020003，则可设此处的分散因子为0000000100020003，同时设随机数为8字节随机数RND1为1111222233334444，主站密文为DES1。
步骤S204，生成验证密钥，ESAM模块使用01号系统身份认证密钥生成过程密钥即所述的验证密钥，ESAM模块的命令格式为：
80fa0001 08 0000000100020003
即对分散因子0000000100020003进行离散，生成验证密钥，并将生成的验证密钥存储与ESAM模块的RAM中，其中80fa表示命令头，0001表示使用01号密钥，08表示数据长度；
步骤S702，生成验证密文，采用ESAM模块的DES算法，生成验证密文DES2，命令格式为：
80fa0000 08 1111222233334444
即对随机数1111222233334444进行加密，其中80fa仍表示命令头，0000表示使用当前RAM中存储的密钥即生成的验证密钥；
步骤S206，比较密文，即比较接收到的主站密文DES1和生成的验证密文DES2，可对DES1和DES2采用按位比较的方式比较；
密文相同，执行步骤S207，ESAM模块向CPU返回结果，并生成应答随机数RND2，可利用ESAM模块的命令格式0084000008生成8位随机数RND2；
密文不同，执行步骤S208，向CPU返回认证失败结果。
身份认证通过后，ESAM模块执行主站设备的指令数据对应的操作，在执行相应操作前，需先对接收到的指令数据进行MAC校验，进一步提供系统的安全性。图6所示，为对主站发送的指令数据进行MAC校验的流程图。
身份认证通过后，主站对负控终端设备发送控制命令，在发送控制命令时，先对所发送的控制命令进行MAC计算。
步骤S701，主站设备将分散因子和身份认证通过后返回的应答随机数RND2、以及主站设备生成的MAC数据明文发送到加密机设备；
步骤S702，加密机生成主站密钥KEY1；
步骤S703，加密机生成主站MAC值，即加密机利用生成的主站密钥KEY1对随机数RND2和MAC数据明文进行MAC计算，生成主站MAC值；
步骤S704，主站设备将分散因子及生成的主站MAC值和MAC数据明文发送到终端设备；
步骤S705，终端设备生成验证MAC值，终端设备利用随机数RND2和接收到的分散因子和MAC数据明文生成验证MAC值；
步骤S706，比较生成的验证MAC值与主站MAC值是否相同；
判断是，执行步骤S707，执行主站命令对应操作；
判断否，执行步骤S708，返回认证失败结果。
上述的指令数据对应的操作，包括密钥更新、参数修改、数据回抄、远程控制。
以上对本发明实施例所提供的一种电网中主站设备的安全认证方法及装置进行了详细介绍，并结合具体实施例阐述了电力系统中负控终端进行安全认证操作，对于电力负荷管理系统的其它具体操作不再一一赘述。
以上所述仅为本发明的部分具体实施例，并不用于限定本发明的保护范围，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例，在具体实施方式及应用范围上均会有所改变，但均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (17)

1.一种电网设备的安全认证方法，其特征在于，所述的方法包括：
接收电网中主站设备发送的包括安全认证数据和指令数据的电力信息；
根据所述的安全认证数据对所述的电网设备进行安全认证，生成安全认证结果；
根据所述的安全认证结果，执行所述的指令数据对应的操作。
2.如权利要求1所述的安全认证方法，其特征在于，对所述的电网设备进行安全认证包括：对电网中主站设备进行身份认证及对电网设备的指令数据进行数据报文鉴别码MAC校验。
3.如权利要求2所述的安全认证方法，其特征在于，所述的安全认证数据包括：所述主站设备发送的分散因子、随机数及由所述分散因子生成的主站密钥加密所述随机数而生成的主站密文及对电网设备的指令数据进行所述的MAC校验的MAC数据明文、主站MAC值。
4.如权利要求2所述的安全认证方法，其特征在于，根据所述的安全认证数据对电网中的主站设备进行身份认证，包括：
根据所述的分散因子生成验证密钥；
利用所述的验证密钥对所述的随机数加密生成验证密文；
将生成的验证密文与所述的主站密文进行比较，生成安全认证结果。
5.如权利要求4所述的安全认证方法，其特征在于，所述的方法还包括：生成一个应答随机数并将所述的应答随机数返回所述的主站设备。
6.如权利要求5所述的安全认证方法，其特征在于，根据所述的安全认证数据对电网设备的指令数据进行MAC校验，包括：
根据所述的分散因子生成验证密钥；
利用所述的验证密钥对所述的应答随机数和所述的MAC数据明文进行MAC计算，生成验证MAC值；
将生成的验证MAC值与所述的主站MAC值进行比较，生成安全认证结果。
7.如权利要求1所述的安全认证方法，其特征在于，所述的方法还包括：
对包括设备信息、用户信息、报警信息、囤积电量信息和费率时段信息的关键数据进行存储。
8.如权利要求1所述的安全认证方法，其特征在于，所述的电网设备包括：所述的电网中的主站设备和接收所述的电网中主站设备发送的电力信息的终端设备。
9.一种电网设备的安全认证装置，其特征在于，所述的装置包括：
信息接收单元，用于接收电网中主站设备发送的包括安全认证数据和指令数据的电力信息；
安全认证单元，用于根据所述的安全认证数据对所述电网设备进行安全认证，生成安全认证结果；
指令执行单元，用于根据所述的安全认证结果，执行所述的指令数据对应的操作。
10.如权利要求9所述的安全认证装置，其特征在于，所述的安全认证单元对所述的电网设备进行安全认证包括：对电网中主站设备进行身份认证及对电网设备的指令数据进行数据报文鉴别码MAC校验。
11.如权利要求10所述的安全认证装置，其特征在于，所述的安全认证数据包括：所述主站设备发送的分散因子、随机数、由所述分散因子生成的主站密钥加密所述随机数而生成的主站密文及对电网设备的指令数据进行所述的MAC校验的MAC数据明文、主站MAC值。
12.如权利要求11所述的安全认证装置，其特征在于，所述的安全认证单元包括：
验证密钥生成模块，用于根据所述的分散因子数生成验证密钥；
验证密文生成模块，用于利用所述的验证密钥对所述的随机数加密生成验证密文；
密文比较模块，用于将生成的验证密文与所述的主站密文进行比较，生成安全认证结果。
13.如权利要求9所述的安全认证装置，其特征在于，所述的安全认证装置还包括：
应答随机数生成单元，用于产生一个应答随机数并将所述的应答随机数返回所述的主站设备。
14.如权利要求13所述的安全认证装置，其特征在于，所述的安全认证单元进一步包括：
验证MAC值生成模块，用于利用所述的验证密钥对所述的应答随机数和MAC数据明文进行MAC计算，生成验证MAC值；
MAC值比较模块，用于将生成的验证MAC值与所述的主站MAC值进行比较，生成MAC认证结果。
15.如权利要求9所述的安全认证装置，其特征在于，所述的安全认证装置还包括：
数据存储单元，用于对包括设备信息、用户信息、报警信息、囤积电量信息和费率时段信息的关键数据进行存储。
16.如权利要求9所述的安全认证装置，其特征在于，所述的电网设备包括：所述的电网中的主站设备和接收所述的电网中主站设备发送的电力信息的终端设备。
17.一种负控终端，所述的负控终端包括：电网采集设备本体；其特征在于，所述的负控终端还包括：嵌入式安全认证模块ESAM；其中，
所述的ESAM模块包括：
信息接收单元，用于接收电网中主站设备发送的包括安全认证数据和指令数据的电力信息；
安全认证单元，用于根据所述的安全认证数据对所述的电网设备进行安全认证，生成安全认证结果；
指令执行单元，用于根据所述的安全认证结果，执行所述的指令数据对应的操作。
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