CN104599046A - 一种用于智能电网的数据安全管理方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及智能电网的安全管理，提供一种数据传输效果好、数据传输安全性高、使用方便的用于智能电网的数据安全管理方法，其具体包括如下过程：过程1：系统发送数据给终端时，根据当前的时间和对应终端的地址生成密钥；并根据密钥将要发送的数据进行加密；过程2：系统将加密后的数据发送至终端，并等待终端响应；过程3：终端接收到该加密后的数据，首先校验数据的正确性，如果正确，则向系统返回确认指令，如果不正确，则向系统请求再次发送数据。

Description

一种用于智能电网的数据安全管理方法

技术领域

本发明涉及智能电网的安全管理，具体涉及用于智能电网的数据安全管理方法。

背景技术

智能电网是目前国家大力推行的重大工程之一。智能电网的一项重要功能就是能够对用电用户和变电站的用电数据进行采集。进行用电数据采集的重要基础就是安装数据采集终端，并通过通讯网络的数据传递，完成对用电用户和变电站的用电数据的采集，并将这些数据汇总到智能电网的控制中心。

智能电网的安全主要包含物理安全、网络安全、数据安全及备份恢复等方面，其中数据安全主要指的是网络中所传输的数据包的真实性以及保密性。目前针对数据安全的研究主要是基于密钥策略。密钥管理与密钥算法对处理器与存储器都有一定的要求。智能电网的数据传输包括有线网络与无线传感器网络，后者是由大量的传感器节点构成，其能量以及存储容量都非常有限，使得密钥策略并不能很好地应用于智能电网的数据传输安全。

发明内容

因此，针对上述的问题，本发明提出一种数据传输效果好、数据传输安全性高、使用方便的用于智能电网的数据安全管理方法。

为了解决上述技术问题，本发明的一种用于智能电网的数据安全管理方法，具体包括如下过程：

过程1：系统发送数据给终端时，根据当前的时间和对应终端的地址生成密钥；并根据密钥将要发送的数据进行加密；

过程2：系统将加密后的数据发送至终端，并等待终端响应；

过程3：终端接收到该加密后的数据，首先校验数据的正确性，如果正确，则向系统返回确认指令，如果不正确，则向系统请求再次发送数据。

进一步的，所述过程1中系统接收下行接口单元发送来的数据，是按照分割的数据块进行加密的块密文数据，还进行如下处理：系统对接收到的块密文数据进行CRC校验，正确后进行解密，然后对解密后的数据再次进行CRC校验，双重校验来确认数据的正确性。

进一步的，系统设有两个数据空间对接收到的数据进行存储，将该两个数据空间记为空间1和空间2；当系统接收到密文数据时，按照AES解密数据，并将解密后的经过校验正确的数据进行实时备份到空间1和空间2。

更进一步的，系统通过上行接口单元进行数据发送时，包括如下过程：首先对空间1要发送的数据进行CRC校验，如果数据不正确，也即校验不成功，则采用空间2中的数据，同样对该空间2中的数据进行CRC校验，如果成功，则发送空间2中的数据，并且替换掉空间1中对应块的数据。

更进一步的，所述系统和采集终端之间发送数据传输格式如下：

其中，整块数据时间标识表示采集终端向系统发送的数据的发生时间；块n

位置标识表示第n块数据在当前数据中的位置信息，块n数据表示第n块数

据的内容，块n数据内容格式如下：

每个数据均为1个字节，根据计算公式，

数据CRC校验和＝数据长度l+数据1+…+数据l，从而完成系统与终端之间的CRC校验传送数据。

进一步的，过程1中，根据密钥将要发送的数据进行加密，具体包括如下步骤：首先将要发送的数据分割为n个块，然后对这n个块数据进行块加密，其发送的数据按下表的数据传输格式进行传输：

其中，块位置标识表示块对应的位置。

进一步的，还包括过程4：系统短间隔对采集终端进行数据抄收，其处理过程包括，

(1)、系统在预设对采集终端进行数据抄收的时间间隔的开始时刻进行GPS时钟对时；

(2)、系统与GPS对时成功后，在时间间隔内，系统对下挂的采集终端进行依次发送对时命令帧，其中对时命令帧中包含要对时的采集终端地址和对时时钟，对应的采集终端回应对时后的时钟和对时成功标志位；当对时成功，系统根据前后的时间对比判断是否进行二次对时，当两者时间差别是否>＝1s,是则发送二次对时命令，否则对时成功，如果第二次仍不成功，则系统记录此采集终端的错误标记并提示错误信息。

更进一步的，所述系统采集到对应采集终端的时间间隔内的数据包含初次采集到当前采集的各个时间间隔时间段的数据并以下表格式存储至空间中：

系统在第n个时间间隔的时候，采集第n-1个时间间隔及之前的所有数据。

这样，当发送数据时，将完整的数据发送后，接收方会对块数据进行解密，并且判断对应的块数据的正确性，当发现块数据不正确后，接收方会返回错误信息；发送方会根据接收到的错误信息判断出错误块，并将块数据进行重新发送，这样减少了整帧数据的发送，节约了数据流量同时节省了时间。

上述过程中，下行采集数据的正确性关系到系统运行后的结果的正确性，因此下行数据的采集、数据的正确性判断和数据的存储就显得很关键。本发明采用上述方法，在用加密解密算法保证数据传输的可靠性之外，还特别对数据的正确性进行验证及对数据进行备份操作，使数据具有很好的可靠性。

附图说明

图1为本发明的系统架构示意图；

图2为本发明的数据安全管理方法的流程图；

图3为本发明的密钥生成算法；

图4为本发明的下行数据采集及处理的流程图；

图5为发明的上传数据处理的流程图。

具体实施方式

现结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。

本发明的一种用于智能电网的数据安全管理方法，应用于智能电网系统中，参见图1，该智能电网系统包括处理器、下行接口单元、上行接口单元、界面处理单元、参数设置单元、数据查询单元、数据处理单元和数据加解密单元。

其中，处理器运行有数据处理小主站。界面处理单元用于软件界面各模块的处理显示；下行接口单元作为数据处理小主站数据来源的接口处理单元；上行接口单元作为数据处理小主站运算处理后的上行处理单元；参数设置单元用上行参数、下行参数及其他配置参数数据设置；数据查询单元用于数据处理小主站数据处理完成后结果查询；数据处理单元用于下行采集到的数据的运算处理；数据加解密单元用于下行或者上行数据的加密和解密。

本发明的一种用于智能电网的数据安全管理方法主要通过数据处理小主站实现，参见图2，其包括如下过程：

过程1：数据处理小主站发送数据给终端时，该数据为信息或命令，根据当前的时间和对应终端的地址生成密钥；并根据密钥将要发送的数据进行加密；

过程2：数据处理小主站将加密后的数据发送至终端，并等待终端响应；

过程3：终端接收到该加密后的数据，首先校验数据的正确性，如果正确，则向数据处理小主站返回确认指令，则数据处理小主站和终端通信完成；如果不正确，则向数据处理小主站请求再次发送数据。

过程4：系统15min间隔(间隔时间可根据实际需求设置)对采集终端进行数据抄收，其处理过程包括，

(1)、系统在对采集终端进行数据抄收的15min间隔的开始时刻进行GPS时钟对时；

(2)、系统与GPS对时成功后，在15min间隔内，系统对下挂的采集终端进行依次发送对时命令帧，其中对时命令帧中包含要对时的采集终端地址和对时时钟，对应的采集终端回应对时后的时钟和对时成功标志位；当对时成功，系统根据前后的时间对比判断是否进行二次对时，当两者时间差别是否>＝1s,是则发送二次对时命令，否则对时成功，如果第二次仍不成功，则系统记录此采集终端的错误标记并提示错误信息；系统采集到对应采集终端的15min间隔内的数据包含初次采集到当前采集的各个15min间隔时间段的数据并以下表格式存储至空间中：

系统在第n个15min间隔的时候，采集第n-1个15min间隔及之前的所有数据，使得系统对终端的采集数据具有实时性和安全可靠性。

其中，密钥产生方法如图3所示，数据处理小主站与终端采用相同的密钥生产算法。数据加解密单元生成密钥具体包括如下过程：首先将当前的时间和对应终端的地址求校验和，将校验和(一个字节)左移1位得到C，将C作为参数，算出随机数D，D即为密钥。

过程1中，根据密钥将要发送的数据进行加密，具体包括如下步骤：首先将要发送的数据分割为n个块，然后对这n个块数据进行块加密，其发送的数据按下表的数据传输格式进行传输：

其中，块位置标识表示块对应的位置。

系统和采集终端之间发送数据传输格式如下：

其中，整块数据时间标识表示采集终端向主站发送的数据的发生时间；块n位置标识表示第n块数据在当前数据中的位置信息，块n数据表示第n块数据的内容，块n数据内容格式如下：

每个数据均为1个字节，根据计算公式，

数据CRC校验和＝数据长度l+数据1+…+数据l，从而完成系统与终端之间的CRC校验传送数据。

这样，当发送数据时，将完整的数据发送后，接收方会对块数据进行解密，并且判断对应的块数据的正确性，当发现块数据不正确后，接收方会返回错误信息；发送方会根据接收到的错误信息判断出错误块，并将块数据进行重新发送，这样减少了整帧数据的发送，节约了数据流量同时节省了时间。

其中，图4为下行数据采集及处理过程，下行采集数据的正确性关系到数据处理小主站运行后的结果的正确性，因此下行数据的采集、数据的正确性判断和数据的存储就显得很关键。本发明的数据处理小主站采用在用加密解密算法保证数据传输的可靠性之外，还特别对数据的正确性进行验证及对数据进行备份操作。

A、数据正确性验证：首先数据处理小主站对接收到的密文数据进行块进行CRC校验，正确后进行解密，然后对解密后的数据再次进行CRC校验，双重CRC校验来确认数据的正确性。

B、数据存储：数据处理小主站会开辟两个数据空间(空间1和空间2)，用于存储接收到的数据。当数据处理小主站接收到数据时，按照AES解密数据，并将解密后的经过校验正确的数据进行实时备份到空间1和空间2。

参考图5，为保证数据处理结果的正确及可靠，该数据处理小主站做以下处理：

(1)软件在下行数据处理后，会根据设置要求进行定时或者实时数据备份，并且在数据存储或者备份之前要进行CRC校验，保证数据的正确性。

(2)软件在上传下行采集到的数据时候，会对空间1要发送的数据进行CRC校验，如果数据不正确会采用空间2中的数据，进行CRC校验，如果成功，则发送空间2中的数据，并且替换空间1中对应块的数据。

(3)软件的加解密单元可通过界面的参数设置单元进行设置，来启用或者禁用此功能；当启用此功能时，要选用配套的上行主站系统，这样保证上行数据的放破解性，提高整个系统的安全性。

尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本发明做出各种变化，均为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种用于智能电网的数据安全管理方法，具体包括如下过程：

过程1：系统发送数据给终端时，根据当前的时间和对应终端的地址生成密钥；并根据密钥将要发送的数据进行加密；

过程2：系统将加密后的数据发送至终端，并等待终端响应；

过程3：终端接收到该加密后的数据，首先校验数据的正确性，如果正确，则向系统返回确认指令，如果不正确，则向系统请求再次发送数据。

2.根据权利要求1所述的用于智能电网的数据安全管理方法，其特征在于：所述过程1中系统接收下行接口单元发送来的数据，是按照分割的数据块进行加密的块密文数据，还进行如下处理：系统对接收到的块密文数据进行CRC校验，正确后进行解密，然后对解密后的数据再次进行CRC校验，双重校验来确认数据的正确性。

3.根据权利要求1或2所述的用于智能电网的数据安全管理方法，其特征在于：所述过程1中，系统设有两个数据空间对接收到的数据进行存储，将该两个数据空间记为空间1和空间2；当系统接收到密文数据时，按照AES解密数据，并将解密后的经过校验正确的数据进行实时备份到空间1和空间2。

4.根据权利要求3所述的用于智能电网的数据安全管理方法，其特征在于：所述过程1中，系统通过上行接口单元进行数据发送时，包括如下过程：首先对空间1要发送的数据进行CRC校验，如果数据不正确，也即校验不成功，则采用空间2中的数据，同样对该空间2中的数据进行CRC校验，如果成功，则发送空间2中的数据，并且替换掉空间1中对应块的数据，如果不成功则判断系统的空间中此块数据为错误。

5.根据权利要求4所述的用于智能电网的数据安全管理方法，其特征在于：

所述系统和采集终端之间发送数据传输格式如下：

其中，整块数据时间标识表示采集终端向主站发送的数据的发生时间；块n位置标识表示第n块数据在当前数据中的位置信息，块n数据表示第n块数据的内容，块n数据内容格式如下：

每个数据均为1个字节，根据计算公式，

数据CRC校验和＝数据长度l+数据1+…+数据l，从而完成系统与终端之间的CRC校验传送数据。

6.根据权利要求1所述的用于智能电网的数据安全管理方法，其特征在于：所述过程1中，根据密钥将要发送的数据进行加密，具体包括如下步骤：首先将要发送的数据分割为n个块，然后对这n个块数据进行块加密，其发送的数据按下表的数据传输格式进行传输：

其中，块位置标识表示块对应的位置。

7.根据权利要求1所述的用于智能电网的数据安全管理方法，其特征在于：还包括过程4：系统短间隔对采集终端进行数据抄收，其处理过程包括，

(1)、系统在预设对采集终端进行数据抄收的时间间隔的开始时刻进行GPS时钟对时；

(2)、系统与GPS对时成功后，在时间间隔内，系统对下挂的采集终端进行依次发送对时命令帧，其中对时命令帧中包含要对时的采集终端地址和对时时钟， 对应的采集终端回应对时后的时钟和对时成功标志位；当对时成功，系统根据前后的时间对比判断是否进行二次对时，当两者时间差别是否>＝1s,是则发送二次对时命令，否则对时成功，如果第二次仍不成功，则系统记录此采集终端的错误标记并提示错误信息。

8.根据权利要求7所述的用于智能电网的数据安全管理方法，其特征在于：

所述系统采集到对应采集终端的时间间隔内的数据包含初次采集到当前采集的各个时间间隔时间段的数据并以下表格式存储至空间中：

系统在第n个时间间隔的时候，采集第n-1个时间间隔及之前的所有数据。