CN103220131B - 智能燃气表信息安全管理模块 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能燃气表信息安全管理模块，属一种智能燃气表管理辅助装置，信息安全管理模块包括处理器、第一数据接口、第二数据接口与FLASH存储器，处理器分别接入第一数据接口、第二数据接口与FLASH存储器，信息安全管理模块在与外部数据发送端进行数据交换时进行身份认证，保证了两者通信的合法性，智能燃气表终端主控制器必须通过信息安全管理模块才能与外部进行通信；利用不同的密钥可实现燃气公司分级管理的权限设置，且采用3DES/AES多级加密方式，使得密钥的安全性较高，并可通过信息安全管理模块上的程序下载口实时升级密钥，避免密钥泄漏所带来的风险；本发明的结构简单，可保证燃气公司在燃气表控制上的独立性，且不受外界制约。

Description

智能燃气表信息安全管理模块

本发明为申请人根据其在先申请的另一件发明专利的提出的分案申请，该发明专利申请的申请号为：201310038688.8，申请日为：2013年1月31日，发明名称为：智能能源表信息安全管理模块。

技术领域

本发明涉及一种智能燃气表管理辅助装置，更具体的说，本发明主要涉及一种智能燃气表信息安全管理模块。

背景技术

智能燃气表及其售气管理系统具备相关的预付费、远程实时传输数据、实时连接互联网络等功能，能为燃气公司提供更方便、实时、科学的管理方法供燃气公司使用，因此越来越受到燃气公司的重视与欢迎，并逐渐在燃气公司中开始实施与使用。

智能燃气表需采用IC卡信息交换模块、数据传输模块、物联网等等中的一种作为传输媒介，实现智能燃气表与售气管理系统的数据交换。这些传输媒介在实际运用中，存在数据随机性错误，或者存在遭受人为破坏的可能，因此，如果没有相应的信息安全管理手段，则燃气公司的智能燃气表和售气管理系统可能面临失控的风险。

在以IC卡为传输媒介的智能燃气表及其售气管理系统中，如果没有信息安全管理手段，数据得不到有效性校验，可能会造成该种智能燃气表接收到错误数据，与售气管理系统中的数据不一致，同时，由于加密方式运用不合理，非法用户可能破译IC卡中加密算法及数据协议，复制类似功能的IC卡，脱离燃气公司的售气管理系统随意用气，导致燃气公司蒙受经济损失。

在采用数据传输模块作为远程通信的智能燃气表及其售气管理系统中，数据交换可采取有线或者无线方式进行，在有线方式中，智能燃气表需要经过有线的长距离的电缆连接与售气管理系统实现通信;在无线方式中，智能燃气表依靠不太稳定的无线传输设备与管理系统实现通信。这些过程中，数据可能产生错误，也可能被人为破坏，如果没有信息安全管理手段，数据得不到有效的验证，造成售气管理系统和表端数据不一致，在技术上可以实现脱离燃气公司售气管理系统从传输路径中获取数据并破译，对该种智能燃气表进行非法操作，随意售气，造成燃气公司的经济损失。

在采用远程传输媒介与互联网技术结合使用的智能燃气表及其售气管理系统中，由于互联网络目前还处于初步发展阶段，各项技术都不成熟，数据在传输过程可能发生错误，同时更容易遭受人为修改，相关服务器更容易遭受人为攻击，造成售气管理系统的网络混乱，多种路径中的数据产生错误，同时某些用户可以冒名到售气系统中随意用气，给燃气公司带来重大经济损失。

同时，生产同一类型的智能燃气表厂家众多，各自需要的管理系统、操作设备、传输介质、管理口令、操作方式等均不相同，由于没有统一的信息安全管理手段，无法做到不同品牌的智能燃气表数据交换的接口、协议一致，燃气公司没有办法对智能燃气表进行统一管理，存在部分智能燃气表可以脱离售气管理系统随意用气，给燃气公司带来损失。

可见，智能燃气表在实现智能化的多种方式中，不同程度的存在数据交换的安全性管理问题，如果信息安全管理不当，燃气公司将承受智能燃气表和管理系统同时失控的风险。因此有必要针对上述问题，提供一种信息安全管理铺助装置，实现智能燃气表数据交换过程中的信息安全管理。

发明内容

本发明的目的之一在于针对上述不足，提供一种智能燃气表信息安全管理模块，以期望解决现有技术中各种类型智能燃气表及其管理系统的信息安全管理得不到保证等问题，消除燃气公司运营中信息安全管理的风险。

为解决上述的技术问题，本发明采用以下技术方案：

本发明所提供的一种智能燃气表信息安全管理模块，所述信息安全管理模块包括处理器、第一数据接口、第二数据接口与FLASH存储器，所述处理器分别接入第一数据接口、第二数据接口与FLASH存储器，其中：

所述第一数据接口用于执行智能燃气表与通信对象的唯一数据通信，并在接收到来自于通信对象的外部数据时将其传输至处理器；所述通信对象直接接收来自于远程售气管理系统的外部数据；

所述FLASH存储器用于存储信息安全管理模块中的控制及文件管理程序；

所述第二数据接口用于执行处理器与智能燃气表终端主控制器之间的数据通信，所述智能燃气表终端主控制器用于按照处理器的指令执行相应的表端操作；

所述处理器用于在接收到来自于第一数据接口的外部数据时，对提供外部数据的远程售气管理系统进行身份认证，判断是否获取该外部数据中加密数据包，并根据数据中包含的事务通过第二数据接口向智能燃气表终端主控制器发送相应的操作指令。

作为优选，进一步的技术方案是：所述处理器用于在接收到来自于第一数据接口的外部数据时，根据外部数据对远程售气管理系统进行身份认证，当认证结果判断为合法时，则对加密数据包进行解密及完整性校验，反之则复位初始状态；

数据完整性校验通过后，对数据的有效性进行验证，反之则复位初始状态；

数据有效性验证通过后，对数据中包含的事务进行预处理，并通过第二数据接口从智能燃气表终端主控制器中获取相应的返回信息，将所述返回信息加密后通过第一数据接口返回给通信对象，当得到有效确认后则将预处理结果予以认可且储存相关的操作信息，并向智能燃气表终端主控制器发送操作指令；反之则放弃预处理结果或作缓存处理。

更进一步的技术方案是：所述FLASH存储器内预置有协议限制条件与多个不同的密钥程序，用于在信息安全管理模块分别与不同的远程售气管理系统进行数据交换时，处理器根据外部数据的加密密钥与FLASH存储器中预置的多个密钥程序相比较，从而认证远程售气管理系统的身份，并在加密数据包解密及完整性校验通过后，根据协议限制条件验证数据在当前身份下的有效性，判断是否对数据中的事务进行预处理。

更进一步的技术方案是：所述的信息安全管理模块中还包括EEPROM存储器，所述EEPROM存储器也接入处理器，用于存储处理器对智能燃气表终端主控制器的相关操作信息，以及处理器对外部数据中事务的预处理结果。

更进一步的技术方案是：所述处理器为可执行加密算法的中央处理器或单片机；所述通信对象至少为IC卡信息交换模块、网络通信模块与总线通信模块当中的任意一种。

更进一步的技术方案是：所述的第一数据接口至少为网络通信接口、IC卡接口及总线接口当中的任意一种。

更进一步的技术方案是：所述网络通信接口至少为RF模块接口、Zigbee模块接口、WiFi模块接口、蓝牙模块接口、红外线模块接口或光纤传输接口、数据线传输接口、电力线传输接口当中的任意一种；所述总线接口至少为Mbus总线接口、RS485总线接口、CAN总线接口当中的任意一种。

更进一步的技术方案是：所述的第二数据接口至少为USART串行接口、SPI串行接口或I2C串行接口当中的任意一种。

更进一步的技术方案是：所述的信息安全管理模块还包括加密模块，所述加密模块接入处理器，用于对信息安全管理模块与远程售气管理系统、智能燃气表终端主控制器数据交换的多级加解密，并辅助处理器获取远程售气管理系统的数据加密密钥进行身份认证。

更进一步的技术方案是：所述的加密模块通过AES（密码学中的高级加密标准，英文AdvancedEncryptionStandard的简称）或3DES（三重数据加密算法，英文TripleDataEncryptionAlgorithm）的方式进行数据加解密。

与现有技术相比，本发明的有益效果之一是：信息安全管理模块在通过通信对象与远程售气管理系统进行数据交换时进行身份认证，保证了两者通信的合法性，智能燃气表终端主控制器必须通过信息安全管理模块才能与外部进行通信；利用不同的密钥可实现燃气公司分级管理的权限设置，且采用3DES/AES多级加密方式，使得密钥的安全性较高，并可通过信息安全管理模块上的程序下载口实时升级密钥，避免密钥泄漏所带来的风险；通过内置的数据校验程序，保证传输的数据真实、准确、完整。同时本发明所提供的一种智能燃气表信息安全管理模块结构简单，可嵌入任何类型的智能燃气表中，通过多种通信传输技术与总线接口兼容智能燃气表终端主控制器，并无缝接入燃气管理系统，实现燃气表分散制造，统一管理，应用范围广阔，并保证燃气公司在燃气表控制上的独立性，且不受外界的制约。

附图说明

图1为用于说明本发明实施例中的信息安全管理模块结构框图；

图2为用于说明本发明实施例中的信息安全管理模块应用框图；

图3为用于说明本发明实施例中的管理系统框图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步阐述。

参考图1所示，本发明的一个实施例是一种智能燃气表信息安全管理模块，所述信息安全管理模块包括处理器、第一数据接口、第二数据接口与FLASH存储器，所述处理器分别接入第一数据接口、第二数据接口与FLASH存储器，其中：

上述第一数据接口的作用是执行智能燃气表与通信对象的唯一数据通信，并在接收到来自于通信对象的外部数据时将其传输至处理器；所述通信对象直接接收来自于远程售气管理系统的外部数据；

上述FLASH存储器的作用是存储信息安全管理模块中的控制及文件管理程序；

参考图2所示，上述第二数据接口的作用是执行处理器与智能燃气表终端主控制器之间的数据通信，而智能燃气表终端主控制器的作用是按照处理器的指令执行相应的表端操作；

上述处理器的作用是在接收到来自于第一数据接口的外部数据时，对发送外部数据的远程售气管理系统进行身份认证，判断是否获取该外部数据中加密数据包，并根据数据中包含的事务通过第二数据接口向智能燃气表终端主控制器发送相应的操作指令。

根据上述的技术方案可知，本实施例所解决的技术问题为通过上述组成结构的信息安全管理模块，在智能燃气表终端主控制器与远程售气管理系统之间进行数据转发，并在转发时予以认证和加解密，从而配合燃气公司对终端的燃气表进行管理，以消除燃气公司运营中信息安全管理的风险。

而图1中所示出的Oscillator模块及其引脚XIN、XOUT对信息安全管理模块提供时钟信号；RAM存储器用于存储模块运行中的临时数据；VCC与VSS两引脚为信息安全管理模块提供工作电源，该电源应是持续供电而不能由智能燃气表终端主控制器的引脚提供。

再参考图1所示，在本发明用于解决技术问题更加优选的一个实施例中，提供一种上述处理器对远程售气管理系统身份验证及事务执行的具体方式，即在处理器接收到来自于第一数据接口的外部数据时，根据外部数据对远程售气管理系统进行身份认证，当认证结果判断为合法时，则对加密数据包进行解密及完整性校验，反之则复位初始状态；

数据完整性校验通过后，对数据的有效性进行验证，反之则复位初始状态；

当数据有效性验证通过后，对数据中包含的事务进行预处理，并通过第二数据接口从智能燃气表终端主控制器中获取相应的返回信息，将所述返回信息加密后通过第一数据接口返回给通信对象，当得到有效确认后则将预处理结果予以认可且储存相关的操作信息，并向智能燃气表终端主控制器发送操作指令；反之则放弃预处理结果或作缓存处理，即在预先设定的时间内没有收到通信对象的确认结果，例如在三分钟内未收到通信对象的确认信息，则复位初始状态；前述的缓存处理是指将预处理结果指令进行暂存，当处理器再次被唤醒且收到通信对象的确认信息时，则以同样的方式向智能燃气表终端主控制器发送操作指令。

上述的技术方案中还包含了本实施例中外部数据从远程售气管理系统身份验证到外部数据中的事务被处理器所执行的整个流程，通过上述流程的程序设置，进一步加强了信息安全管理模块中对收到信息执行的安全性。而上述多次提到的处理器复位初始状态，即为复位处理器在执行上述任意一个操作之前的状态，例如处理器在接收到外部数据之前进行身份验证的状态为休眠状态，当收到外部数据由休眠状态被唤醒，但对远程售气管理系统的身份认证判断为非法时，处理器则恢复休眠状态，不进行任何操作，其它步骤中处理器复位的情形也基本与前述相同，当验证失败时，处理器可将操作记录予以储存。

而同样的，在本发明的另一实施例中，为实现通过不同权限对信息安全管理模块进行管理，需在上述的FLASH存储器内预置协议限制条件与多个不同的密钥程序，其作用为在信息安全管理模块分别与不同的远程售气管理系统进行数据交换时，处理器根据外部数据的加密密钥与FLASH存储器中预置的多个密钥程序相比较，从而认证远程售气管理系统的身份，并在加密数据包解密及完整性校验通过后，根据协议限制条件验证数据在当前身份下的有效性，判断是否对数据中的事务进行预处理。

根据本发明的另一实施例，正如上述所提到的，为便于处理器预处理结果的缓存，在信息安全管理模块中还可设置相对独立的EEPROM存储器，并将EEPROM存储器也接入处理器，用于存储处理器对智能燃气表终端主控制器的相关操作信息、处理器对外部数据中事务的预处理结果，以及处理器验证的失败记录，而在FLASH存储器中还设置有可被处理器利用的其它程序，即处理器对智能燃气表终端主控制器的相关操作信息一旦存储至EEPROM存储器中后，将不可删除与修改，以便使信息安全管理模块的运行状态留下完整的记录。

上述实施例所提到的处理器为信息安全管理模块的核心部分，用于执行相应的程序以及数据加密，在本发明的又一实施例中，上述处理器为直接采用现有技术中可执行加密算法的中央处理器或单片机，例如EFM32等。

基于上述实施例中所需的数据通信方式，发明人参考现有技术，选用了现有技术中部分的传输技术实现处理器与第一接口、第二接口之间的通信，其中通信对象可采用IC卡信息交换模块、网络通信模块与总线通信模块当中的一种或多种，并且与前述的通信对象相对应，上述实施例中用于与通信对象进行唯一通信的第一数据接口可采用网络通信接口、IC卡接口及总线接口等。

更进一步的，上述网络通信接口可采用无线或有线的形式，无线网络接口可采用RF模块接口、Zigbee模块接口、WiFi模块接口及蓝牙模块接口当中的一种或多种，有线网络接口可采用光纤传输接口、数据线传输接口及电力线传输接口当中的一种或多种；上述总线接口可采用Mbus总线接口、RS485总线接口、CAN总线接口当中一种或多种。

而相应的，上述实施例中处理器与智能燃气表终端主控制器进行通信的第二数据接口最好与常规主控制器相匹配，例如USART接口、SPI接口或I2C接口等串行接口，以增加信息安全管理模块集成与智能燃气表上的兼容性。

再参考图1所示，为进一步保证信息安全管理模块中数据加密及解决的安全性，最好在其内部设置独立的加密模块，并将该独立的加密模块接入处理器，用于对信息安全管理模块与远程售气管理系统、智能燃气表终端主控制器数据交换的多级加解密，并辅助处理器获取远程售气管理系统的数据加密密钥进行身份认证，并参考现有技术中安全性较高的加密方式，优选采用AES（密码学中的高级加密标准，英文AdvancedEncryptionStandard的简称）或3DES（三重数据加密算法，英文TripleDataEncryptionAlgorithm）对信息安全管理模块中往来的数据进行加解密。

参考图2所示，上述实施例中的智能燃气表信息安全管理模块的实际应用中，接入智能燃气表终端主控制器与通信对象之间，而智能燃气表的内部结构与现有的智能燃气表无异，其主控制器分别接入阀控模块、显示模块与计数模块，主控制器根据信息安全管理模块的操作指令控制计数模块与阀控模块，并将相应的计量数值在显示模块中进行显示。而根据前述的原理，该智能燃气表信息安全管理模块可集成应用于目前的远控、IC卡或物联网控制的智能燃气表中；而除此之外，还可适应性的改进应用于其它通过电子信息进行远程管理的计量装置中。

再参考图2所示，该智能燃气表通过不同的通信对象以不同的传输媒介完成与远程售气管理系统的数据交换，在以IC卡为传输媒介的智能燃气表及其售气管理系统中，售气管理系统将数据通过IC卡信息交换模块传输到智能燃气表中，实现相关的充值、开关阀等业务；在采用数据传输模块作为远程通信的智能燃气表及其售气管理系统中，售气管理系统通过以无线或有线的方式将数据传递到智能燃气表中，同时，表端将相应的数据通过该无线或者有线的方式返回到远程的售气管理系统，从而实现燃气公司实时的远程抄表、远程监控、远程开关阀等操作；在采用物联网作为传输媒介的智能燃气表及其售气管理系统中，通过互联网络及远程数据传输模块完成智能燃气表与售气管理系统的数据交换，燃气公司以此实现智能燃气表的远程操作，同时用户也可以通过互联网络实时进行充值、查询等操作。

再参考图3所示，多个不同厂商生产的智能燃气表集成上述的信息安全管理模块后，智能燃气表向外的所有通信数据都通过信息安全管理模块加解密后转发，而信息安全管理模块的内部程序是唯一的，因此管理系统可将信息安全管理模块视为终端，用以管理智能燃气表，即以一个管理系统兼容各种品牌、类型的燃气表进行集中管理，有效降低燃气公司对区域内不同品牌、类型的智能燃气表整合管理的难度。

除上述以外，还需要说明的是在本说明书中所谈到的“一个实施例”、“另一个实施例”、“实施例”等，指的是结合该实施例描述的具体特征、结构或者特点包括在本申请概括性描述的至少一个实施例中。在说明书中多个地方出现同种表述不是一定指的是同一个实施例。进一步来说，结合任一实施例描述一个具体特征、结构或者特点时，所要主张的是结合其他实施例来实现这种特征、结构或者特点也落在本发明的范围内。

尽管这里参照本发明的多个解释性实施例对本发明进行了描述，但是，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。更具体地说，在本申请公开、附图和权利要求的范围内，可以对主题组合布局的组成部件和/或布局进行多种变型和改进。除了对组成部件和/或布局进行的变型和改进外，对于本领域技术人员来说，其他的用途也将是明显的。

Claims (9)

1.一种智能燃气表信息安全管理模块，其特征在于：所述信息安全管理模块包括处理器、第一数据接口、第二数据接口与FLASH存储器，所述处理器分别接入第一数据接口、第二数据接口与FLASH存储器，其中：

所述第一数据接口用于执行智能燃气表与通信对象的唯一数据通信，并在接收到来自于通信对象的外部数据时将其传输至处理器；所述通信对象直接接收来自于远程售气管理系统的外部数据；

所述FLASH存储器用于存储信息安全管理模块中的控制及文件管理程序；

所述第二数据接口用于执行处理器与智能燃气表终端主控制器之间的数据通信，所述智能燃气表终端主控制器器用于按照处理器的指令执行相应的表端操作；

所述处理器用于在接收到来自于第一数据接口的外部数据时，根据外部数据对远程售气管理系统进行身份认证，当认证结果判断为合法时，则对加密数据包进行解密及完整性校验，反之则复位初始状态；

数据完整性校验通过后，对数据的有效性进行验证，反之则复位初始状态；

数据有效性验证通过后，对数据中包含的事务进行预处理，并通过第二数据接口从智能燃气表终端主控制器中获取相应的返回信息，将所述返回信息加密后通过第一数据接口返回给通信对象，当得到有效确认后则将预处理结果予以认可且储存相关的操作信息，并向智能燃气表终端主控制器发送操作指令；反之则放弃预处理结果或作缓存处理。

2.根据权利要求1所述的智能燃气表信息安全管理模块，其特征在于：所述FLASH存储器内预置有协议限制条件与多个不同的密钥程序，用于在信息安全管理模块分别与不同的远程售气管理系统进行数据交换时，处理器根据外部数据的加密密钥与FLASH存储器中预置的多个密钥程序相比较，从而认证远程售气管理系统的身份，并在加密数据包解密及完整性校验通过后，根据协议限制条件验证数据在当前身份下的有效性，判断是否对数据中的事务进行预处理。

3.根据权利要求1所述的智能燃气表信息安全管理模块，其特征在于：所述的信息安全管理模块中还包括EEPROM存储器，所述EEPROM存储器也接入处理器，用于存储处理器对智能燃气表终端主控制器的相关操作信息，以及处理器对外部数据中事务的预处理结果。

4.根据权利要求1所述的智能燃气表信息安全管理模块，其特征在于：所述处理器为可执行加密算法的中央处理器或单片机；所述通信对象至少为IC卡信息交换模块、网络通信模块与总线通信模块当中的任意一种。

5.根据权利要求1所述的智能燃气表信息安全管理模块，其特征在于：所述的第一数据接口至少为网络通信接口、IC卡接口及总线接口当中的任意一种。

6.根据权利要求5所述的智能燃气表信息安全管理模块，其特征在于：所述网络通信接口至少为RF模块接口、Zigbee模块接口、WiFi模块接口、蓝牙模块接口、红外线模块接口或光纤传输接口、数据线传输接口、电力线传输接口当中的任意一种；所述总线接口至少为Mbus总线接口、RS485总线接口、CAN总线接口当中的任意一种。

7.根据权利要求1所述的智能燃气表信息安全管理模块，其特征在于：所述的第二数据接口至少为USART串行接口、SPI串行接口或I2C串行接口当中的任意一种。

8.根据权利要求1所述的智能燃气表信息安全管理模块，其特征在于：所述的信息安全管理模块还包括加密模块，所述加密模块接入处理器，用于对信息安全管理模块与远程售气管理系统、智能燃气表终端主控制器数据交换的多级加解密，并辅助处理器获取远程售气管理系统的数据加密密钥进行身份认证。

9.根据权利要求8所述的智能燃气表信息安全管理模块，其特征在于：所述的加密模块通过AES或3DES的方式进行数据加解密。