CN104318671A - 一种无介质高安全性电表的预付费方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无介质高安全性电表的预付费方法，预付费方法为：用户购电后，销售业务端将用户的充值类型、购电次数、购电时间、表号、购电金额进行编码加密生成数字充值令牌通过通信网络远程发送到集中器同时推送到用户手机，集中器将该数字充值令牌送至交互终端中解密获得充值类型、购电次数、购电时间、表号、购电金额，根据充值类型进行数据与流程重组，以适应不同类型预付费电表的充值。本方法兼容国网电表和STS预付费电表，避免重复建设预付费系统，减少了人力、物力资源的浪费，该交互终端作为独立的一部分，适用于不同类型的预付费电表。

Description

一种无介质高安全性电表的预付费方法

技术领域

本发明涉及一种电表预付费领域，具体是一种无介质高安全性电表的预付费方法。 

背景技术

电力行业以往长期的经营模式都是先用电，后缴费，传统收缴电费的方法：用户缴费需要到指定的网点以及固定的时间缴费，但是，长期以来电力行业都存在着少数用户恶意拖欠电费的现象，虽然可以通过法律手段事后追讨减少部分损失，但往往牵涉了电力公司相当多的人力、物力资源，给电力公司的正常运作带来了不少烦恼。既能最大限度地方便绝大多数诚实守信的用户用电和缴费，又能运用经济和技术手段减少欠费损失，一直是电力公司追求的目标。实践经验证明，在人口流动性较大的城市地区推广应用预付费电表及售电系统，不仅可以预防电费拖欠，更重要的是经济和社会效益显著，有利于营造全社会节约用电的氛围。 

传统的预付费模型，一种是基于通信网络的远程预付费系统，通信网络的可靠性，基于目前现状，无论基于GPRS/CDAM或电力线载波的通信，其通信成功率无法维持在100％，特别是对于时效性要求很高的预付费系统中，一旦用户购电后，不能及时充值成功复电，必然引起用户投诉。 

另外一种本地预付费方法，方案之一是采用卡式预付费电表，方案之二是使用IEC62055的基于STS的预付费电表。 

卡式预付费电表，其当前，在预付费方案的选择上，人们似乎更偏重于使用购电卡，购电卡必须返回到充值网点处理或重新编程，用户需要专程到当地的超市、销售窗口实地办理，非常麻烦；经验表明，随着生活节奏的加快，多数用户更偏重于在家或办公室通过电话或互联网获取充值信息，避免平时忘记带卡或节假日无法购电导致停电的烦恼。此外，充值卡本身成本较高，且无法抗拒物理和电气(静电干扰)攻击，一旦卡遗失或损坏，则必须到配备了专用读写卡系统与设备的网点补卡。这不仅给用户带来了麻烦，更重要的是，电力公司需要为此设立网点，增加了运营管理成本，也不容易提高客户满意度。 

而无论使用卡式预付费电表或STS预付费电表进行本地充值，都将使用户与计量器具 直接接触，都存在潜在的用电安全风险，比如偷电等。 

现在的用电环境，存在各种方案的预付费电表，电力公司必须针对每种预付费类型的电表建设一套预付费系统，重复投资太多，同时也会造成管理上的混乱。 

随着通信、电子等技术的发展，传统收缴电费的方法已经不再满足用户和电力公司的需要，同时节能低碳的理念越来越深入人心，必须有一种新的预付费模式和方法，以达成用户和电力公司共同的高安全性、高效率、低成本、便捷自由、高度参与的目标。 

发明内容

为了解决传统缴费方式服务效率低、安全性可靠性低、拖欠电费、低度参与等弊端，本发明提供了一种无介质、高安全性的电表预付费方法，具体方案为： 

一种无介质高安全性电表的预付费方法，该方法基于一个包括售电业务端、集中器、交互终端、预付费电表、通信网络的售电系统：每个供电台区部署一台集中器，集中器用来承载交互终端与售电业务端的数据通信；每栋楼宇部署至少一台交互终端，用于预付费电表的充值及数据采集；预付费电表是STS预付费电表或国网电表的其中一种； 

预付费方法为：用户购电后，销售业务端将用户的充值类型、购电次数、购电时间、表号、购电金额进行编码加密生成数字充值令牌通过通信网络远程发送到集中器同时推送到用户手机，集中器将该数字充值令牌送至交互终端中解密获得充值类型、购电次数、购电时间、表号、购电金额，根据充值类型进行数据与流程重组，以适应不同类型预付费电表的充值： 

A、充值类型为STS预付费电表，交互终端按照STS预付费的方式重组充值令牌，下装到STS预付费电表中，完成充值过程； 

B、充值类型为国网表，交互终端使用ESAM对购电次数、购电时间、表号、购电金额进行加密，得到新的充值令牌，然后通过485总线将充值令牌下装到国网电表中，国网电表中的ESAM模块再对充值令牌进行解密，完成充值过程。 

作为一种优选的所述数字充值令牌的生成步骤： 

(1)、售电业务端将用户的充值类型、购电次数、购电时间、表号、购电金额进行编码，编码到56bit数据中，对此56bit数据计算CRC校验，CRC校验算法采用CRC8-CCITT，生成多项式为X⁸+X⁷+X³+X²+X¹，CRC校验码共8bit，置于明文编码低位，形成64bit编码明文； 

(2)、根据用户信息，自动检索该用户所属台区的交互终端信息，使用该交互终端的56位售电密钥对明文加密，形成64bit密文； 

(3)、将2bit业务类型码置于高位，形成66bit数据，将此66bit二进制数据转换成十进制数据，共20个数字即数字充值令牌。 

步骤B中所述56位售电密钥在交互终端初次接入售电系统时，由售电业务端统一下装： 

此56位售电密钥由交互终端的唯一地址码、生产厂家编号、售电区域、密钥版本号、密钥类型和费率索引信息通过数据加密算法DEA加密获得；售电业务端使用交互终端的出厂缺省密钥对售电密钥进行二次加密，然后下装到交互终端中，交互终端使用出厂缺省密钥解密获得售电密钥。 

作为一种优选的所述交互终端对数字充值令牌解密的步骤： 

交互终端采用十进制到二进制的转换方法，先将20位数字充值令牌还原成66bit密文，再使用与售电业务端对等的解密算法进行解密，解密后，得到2bit的业务类型，和64bit的购电明文，然后判断解析的令牌是否有效，如果有效则接受，否则拒绝，接受则保存令牌，拒绝则取消令牌。 

所述数字充值令牌仅在购电用户所在台区的交互终端上使用，跨台区无效。 

当自动充值出现问题时，售电系统通知用户，用户在交互终端完成手动充值过程。 

具体的，所述手动充值的途径包括：通过手机APP经蓝牙输入数字充值令牌；通过交互终端自带键盘输入数字充值令牌；销售业务端将售电单据以二维码形式推送至用户手机，通过交互终端扫描该二维码进行充值。 

具体的，用户购电途径包括电话购电、网络购电、售电网点购电。 

本发明的有益效果： 

本方法兼容国网电表和STS预付费电表。首先，交互终端对售电端发送的充值令牌进行解密，得到表号、充值次数、充值金额等。然后根据表号判断预付费表类型，进行不同方式的令牌重组：对于STS预付费电表，交互终端按照STS预付费的方式重组充值令牌，下装到电表中，完成充值过程。对于国网表，交互终端使用ESAM对表号、充值次数、充值金额进行加密，得到新的充值令牌，然后通过485总线将充值令牌下装到国网表中，国网表中的ESAM模块再对充值令牌进行解密，完成充值过程。对于其它类型新的预付费方案的预付费表，还可以通过升级交互终端的方式，支持新的预付费方案。因此，对于不同的预付费电表，在交互终端上先进行解密，然后根据表号判断预付费表的类型，按照相应的规则进行重组处理，避免重复建设预付费系统，减少了人力、物力资源的浪费，该交互终端作为独立的一部分，适用于各类型的预付费电表。 

该电表预付费方法，具有高安全性。当用户输入错误表号时，则充值不成功，避免了误充值，并且用户充值成功后，将以短信方式通知用户充值情况。同时该预付费方法采用的加密、解密算法避免了传统的编码方式预付费存在的安全性问题：随机输入数码，企图命中正确的充值码；重复使用已经使用的充值码；篡改合法充值码中的信息，如充值金额、充值次数等。 

本发明与现有技术相比，具备无需介质的特点，大大降低电力公司营运成本，同时具有高安全性，为用户也提供了便捷的购电途径，提高了供电公司的售电效率，避免了少数用户拖欠电费的现象；同时响应低碳节能的生活理念，倡导用户节约用电，具有很高的应用推广价值。 

附图说明

图1为本发明的系统流程图。 

图2为本发明的加密流程图。 

图3为本发明的解密流程图。 

图4为本发明的STS表编码格式(STS类型0编码格式)。 

图5为本发明的国网表充值过程。 

图6为本发明的编码格式图。 

图7为本发明的生成校验码流程图。 

图8为本发明的加密算法图。 

图9为本发明的二进制转十进制图。 

图10为本发明的解密算法图。 

图11为本发明的令牌鉴别图。 

图12为本发明的令牌认证图。 

图13为本发明的令牌结果图。 

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明作进一步说明，但本发明的保护范围不限于此： 

如图1所示为本发明的系统流程图。该售电系统包括售电业务端，售电业务端可通过电话、网络、售电网点进行购电；还包括部署在一个供电台区的一台集中器，用来承载交互终端与售电业务端的数据通信；还包括部署在一栋楼宇的一到多台交互终端，用于预付费电表的充值及数据采集；还包括预付费电表，预付费电表可以是STS预付费电表或国网 电表，还可以是其它电表。作为一种手动输入数字充值令牌的方法，交互终端与手机无线连接通过手机输入；作为第二种手动输入数字充值令牌的方法，交互终端扫描二维码形式的售电单据进行充值；作为第三种手动输入数字充值令牌的方法，交互终端自带键盘，通过键盘输入数字充值令牌。 

预付费方法为：用户通过网络、电话、或售电网点(用户登录到售电业务端，输入所需的充值金额，系统生成支付信息及订单)购电后，销售业务端将用户的充值类型、购电次数、购电时间、表号、购电金额进行编码加密生成20位的数字充值令牌(加密过程为：用户购电后，售电业务端将用户的购电金额、购电次数、购电时间、购电表号等信息进行编码，编码到56bit数据中，对此56bit数据计算CRC校验，CRC校验算法采用CRC8-CCITT，生成多项式为X8+X7+X3+X2+X1，CRC校验码共8bit，置于明文编码低位，形成64bit编码明文。售电业务端生成购电明文后，将根据用户信息，自动检索该用户所属区域的交互终端信息，使用该交互终端的56位售电密钥对明文加密；此56位售电密钥在交互终端初次接入售电系统时，由售电业务端统一下装；售电密钥由交互终端的唯一地址码、生产厂家编号、售电区域等信息通过数据加密算法(DEA)加密获得；售电业务端使用交互终端的出厂缺省密钥对售电密钥进行二次加密，然后下装到交互终端中，交互终端使用出厂缺省密钥解密获得售电密钥。将用户购电信息明文64bit数据通过上述售电密钥进行加密，形成64bit密文，将2bit业务类型码置于高位，形成66bit数据，将此66bit二进制数据转换成十进制数据，共20个数字，此20个数字即充值令牌TOKEN码。该充值令牌具有唯一性，即同一个令牌只能充值一次，重复充值是无效的。加密流程见附图2)通过通信网络远程发送到集中器同时推送到用户的手机，集中器将该数字充值令牌送至交互终端中解密(解密过程为：交互终端收到传送来的充值令牌后，采用十进制到二进制的转换方法，先将20位数字TOKEN码还原成66bit密文，再使用与售电业务端对等的解密算法进行解密，解密后，得到2bit的业务类型，和64bit的购电明文，然后判断解析的令牌是否有效，如果有效则接受，否则拒绝，接受则保存令牌，拒绝则取消令牌。解密流程见附图3)获得充值类型、购电次数、购电时间、表号、购电金额，根据充值类型进行数据与流程重组，以适应不同类型预付费电表的充值： 

A、充值类型为STS预付费电表，交互终端重组解密后的充值令牌，具体按照附图4STS类型0(传输信用)的编码方式重组令牌，得到STS预付费的方式的充值令牌，然后进行加密，将加密充值令牌下装到STS预付费电表中，电表接收到充值令牌之后，采用和加密对等的算法对其进行解密获取充值信息，完成充值； 

B、充值类型为国网表，按照国网表方式进行令牌重组，具体流程如下，可参考附图5： 

交互终端获得20位数字Token码，经解密后获得充值金额、充值次数、充值表号等信息： 

(1)使用表号作为分散因子，通过硬件加密芯片ESAM获取身份认证数据，得到8字节“随机数1”和“密文1”； 

(2)使用“随机数1”、“密文1”、表号按照DL/T645-2007规约格式，组织身份认证报文，通过下行RS485通道发送到电表进行身份认证； 

(3)电表返回身份认证结果，验证通过后获得4字节“随机数2”和8字节“电表ESAM序列号”； 

(4)发送DL/T645-2007报文，获取电能表内部“客户编号”； 

(5)交互终端将“随机数2”、表号、购电金额、购电次数、客户编号信息发送至交互终端内ESAM加密芯片，获取“充值密文”； 

(6)通过DL/T645-2007规约命令，发送“充值密文”到电能表，完成充值。 

如遇到意外因素，自动充值失败，则短信通知用户，由用户自助完成充值：通过手机APP输入数字充值令牌；通过交互终端自带键盘输入数字充值令牌；销售业务端将售电单据以二维码形式推送至用户手机，通过交互终端扫描该二维码进行充值。 

20位数字充值令牌生成是通过加密算法实现。售电密钥由售电业务端统一下装。用户购电后，售电业务端将用户的购电金额、购电次数、购电时间信息进行编码，编码到56bit数据中，编码格式见附图6。56bit转换成8字节存储，其中第7字节为业务类型加固定数值0xFC，然后计算8字节编码的CRC校验，CRC校验算法采用CRC8-CCITT，生成多项式为X8+X7+X3+X2+X1，CRC码作为整个编码的第0字节，形成9字节编码明文。生成校验码流程见附图7。 

将用户购电信息明文9字节数据的低8字节数据进行加密，加密算法采用EA07算法，算法流程见附图8，加密后得到64位(8字节)密文，将原明文第8字节高6位置0，作为密文的第8字节，形成9字节密文，仅其中66位有效，最高6位无效。采用二进制转十进制方法，将此66bit转换成十进制数据，共20个数字，此20个数字即充值令牌TOKEN码。流程见附图9。 

交互终端接收到20位充值令牌，需要进行数据类型转换得到66bits密文，提取2bits类型位之后得到64bits的密文，再使用售电密钥对该密文进行解密，得到64bits明文，加入2bits类型位之后，形成66bits明文，可参考附图3。 

解密过程需要用到与加密时使用的相同售电密钥，此密钥由售电业务端统一下装。解 密算法采用与EA07对等的DA07算法。DA07算法流程见附图10。 

解密得到的明文需要进行令牌的鉴别、令牌认证和给出令牌结果。令牌鉴别需要判断令牌中的CRC和用令牌中的数据元计算的值是否相等，并需判断令牌中的制造商代码是否正确；令牌认证则判断TID是否陈旧、是否使用过，还需判断是否密钥期满等。令牌结果则判断有无溢出错误、令牌类型错误、格式错误、范围错误等。最后给出的接收还是拒绝的结果，可参考附图11、12、13。当令牌的结果为接受时，则提取充值次数和充值金额，然后将处理的信息通过RS485总线的方式下发到与预付费表中，完成预付费的过程。 

本发明提出了无介质高安全性的电表预付费方法，以上描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。多种购电充值方式满足了用户个性化的需求，为用户提供便捷性；加密和解密算法提高了预付费过程的安全性和可靠性；预付费的方式防止了拖欠电费的现象，并可以倡导用户节约用电，响应低碳节能的理念。此外，该预付费方法，不局限于售电业务，同时适应于水、气等行业应用。 

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神做举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。 

Claims (8)

1.一种无介质高安全性电表的预付费方法，其特征在于该方法基于一个包括售电业务端、集中器、交互终端、预付费电表、通信网络的售电系统：每个供电台区部署一台集中器，集中器用来承载交互终端与售电业务端的数据通信；每栋楼宇部署至少一台交互终端，用于预付费电表的充值及数据采集；预付费电表是STS预付费电表或国网电表的其中一种；

预付费方法为：用户购电后，销售业务端将用户的充值类型、购电次数、购电时间、表号、购电金额进行编码加密生成数字充值令牌通过通信网络远程发送到集中器同时推送到用户手机，集中器将该数字充值令牌送至交互终端中解密获得充值类型、购电次数、购电时间、表号、购电金额，根据充值类型进行数据与流程重组，以适应不同类型预付费电表的充值：

A、充值类型为STS预付费电表，交互终端按照STS预付费的方式重组充值令牌，下装到STS预付费电表中，完成充值过程；

B、充值类型为国网表，交互终端使用ESAM对购电次数、购电时间、表号、购电金额进行加密，得到新的充值令牌，然后通过485总线将充值令牌下装到国网电表中，国网电表中的ESAM模块再对充值令牌进行解密，完成充值过程。

2.根据权利要求1所述的一种无介质高安全性电表的预付费方法，其特征在于所述数字充值令牌的生成步骤为：

(1)、售电业务端将用户的充值类型、购电次数、购电时间、表号、购电金额进行编码，编码到56bit数据中，对此56bit数据计算CRC校验，CRC校验算法采用CRC8-CCITT，生成多项式为X⁸+X⁷+X³+X²+X¹，CRC校验码共8bit，置于明文编码低位，形成64bit编码明文；

(2)、根据用户信息，自动检索该用户所属台区的交互终端信息，使用该交互终端的56位售电密钥对明文加密，形成64bit密文；

(3)、将2bit业务类型码置于高位，形成66bit数据，将此66bit二进制数据转换成十进制数据，共20个数字即数字充值令牌。

3.根据权利要求2所述的一种无介质高安全性电表的预付费方法，其特征在于步骤B中所述56位售电密钥在交互终端初次接入售电系统时，由售电业务端统一下装：

此56位售电密钥由交互终端的唯一地址码、生产厂家编号、售电区域、密钥版本号、密钥类型和费率索引信息通过数据加密算法DEA加密获得；售电业务端使用交互终端的出厂缺省密钥对售电密钥进行二次加密，然后下装到交互终端中，交互终端使用出厂缺省密钥解密获得售电密钥。

4.根据权利要求1所述的一种无介质高安全性电表的预付费方法，其特征在于所述交互终端对数字充值令牌解密的步骤为：

交互终端采用十进制到二进制的转换方法，先将20位数字充值令牌还原成66bit密文，再使用与售电业务端对等的解密算法进行解密，解密后，得到2bit的业务类型，和64bit的购电明文，然后判断解析的令牌是否有效，如果有效则接受，否则拒绝，接受则保存令牌，拒绝则取消令牌。

5.根据权利要求1-4所述的任一种无介质高安全性电表的预付费方法，其特征在于所述数字充值令牌仅在购电用户所在台区的交互终端上使用，跨台区无效。

6.根据权利要求1-4所述的一种无介质高安全性电表的预付费方法，其特征在于当自动充值出现问题时，售电系统通知用户，用户在交互终端完成手动充值过程。

7.根据权利要求6所述的一种无介质高安全性电表的预付费方法，其特征在于所述手动充值的途径包括：通过手机APP经蓝牙输入数字充值令牌；通过交互终端自带键盘输入数字充值令牌；销售业务端将售电单据以二维码形式推送至用户手机，通过交互终端扫描该二维码进行充值。

8.根据权利要求1所述的一种无介质高安全性电表的预付费方法，其特征在于用户购电途径包括电话购电、网络购电、售电网点购电。