CN105227298B - 基于改进型gcm的智能变电站报文安全传输实现方法 - Google Patents
基于改进型gcm的智能变电站报文安全传输实现方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN105227298B CN105227298B CN201510645106.1A CN201510645106A CN105227298B CN 105227298 B CN105227298 B CN 105227298B CN 201510645106 A CN201510645106 A CN 201510645106A CN 105227298 B CN105227298 B CN 105227298B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- mrow
- msub
- message
- modules
- msup
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Landscapes
- Data Exchanges In Wide-Area Networks (AREA)
Abstract
本发明属于智能变电站通信安全技术领域，提供了一种基于改进型GCM的智能变电站报文安全传输实现方法。包括报文收发模块、串并转换模块、incr计数器模块、基于混沌的CTR‑AES加密模块、位并行GHASH认证模块和XOR异或模块。与现有技术相比，本发明系统考虑多种报文协议的通信要求，设计满足通用性的报文格式，同时对采用的通信安全模式进行优化，提出采用混沌密钥发生器的来同步给AES加密系统提供密钥，设计位并行GHASH认证系统，结合流水线式AES加密系统结构，可以实现高速率、低复杂度、低消耗的硬件实现系统。
Description
技术领域
本发明属于智能变电站通信安全技术领域，涉及基于改进型GCM的智能变电站报文安全传输实现方法。
背景技术
目前，随着网络信息技术的快速发展，智能变电站对网络通信安全传输要求越来越高。由于现有的智能变电站安全传输方式存在一定的局限性，实现高速率、高可靠性、低消耗的安全传输方式受到了广泛关注。
基于以太网的变电站综合解决方案，在实现变电站信息共享的同时，也带来了诸多安全隐患。智能变电站中的所有智能电子设备(IED)采用对等方式相连，通信信息均在网络上实现共享，一旦某个IED受到恶意攻击，在变电站信息未进行有效安全保护时，可能会对整个智能变电站自动化系统的安全运行带来严重的后果，因此，如何有效保障智能变电站系统信息安全传输是一项亟待解决的任务。IEC 61850、IEC 62351和IEEE 802.1AE标准，分别设置了不同格式的报文并提出了不同的安全方案，若采用一种报文对应一种认证和加密算法的方式又会增加网络负担、影响互操作性。同时针对目前已有研究方案中的诸多局限，有些方案只有简单加密，有些方案是只有单一认证，有些方案是加密与认证的简单结合，并不能保证高效的安全性，而且对于分组对称加密普遍存在的密钥管理与分配问题没有很好的给予解决，针对以上局限，本发明设计了一种改进型的GCM(伽罗华/计数器)模式，此系统是一种高效、安全、无专利限制的认证加密算法，针对不同报文的传输要求提供了3种传输方式，此算法可以对智能变电站通信网络传输的报文进行加解密处理以及完整性校验处理。本发明采用GCM一种算法来实现变电站不同报文的安全传输，只需运算一次报文就可实现其中一种模式，既能满足报文的实时性要求，又可方便管理、提高互操作性，实现智能变电站报文的安全传输。
GCM加密算法定义如下：
H＝E(K，0128)
Yi＝incr(Yi-1) for i＝l，……n
Ci＝Pi+E(K，Yi) for i＝l，……n-l
Cn*＝Pn*+MSBu(E(K，Yn))
T＝MSBt(GHASH(H，A，C)+E(K，Y0))
GCM解密算法定义如下：
H＝E(K，0128)
T′＝MSBt(GHASH(H，A，C)+E(K，Y0))
Yi＝incr(Yi-1) for i＝l，……n
Pi＝Ci+E(K，Yi) for i＝l，……n-l
Pn*＝Cn*+MSBu(E(K，Yn))
GHASH()函数定义为GHASH(H，A，C)＝Xm+n+1，Xi，i＝0，1，...，m+n+1表达式如下所示：
其中K为加密密钥，IV为初始化向量，P为明文，A为附加认证数据，C为密文，T为认证标签。将P和A按128位分组，分别记为：P1，P2，...，Pn-1，Pn*和A1，A2，...，Am-1，Am*，其中Pn*和Am*的长度分别为u和v位(1≤u,v≤128)，其它分组长度皆为128位。||表示数据串的连接，len()是指用一个64位的数据串来表示其长度，E(K，Y)表示用密钥K对数据Y进行AES加密，函数incr(Y)表示对数据Y的低32位进行计数器递加1运算。
经过对现有技术文献的检索发现，也有一些针对GCM加密认证技术的研究，例如中国发明专利申请号为201010168517.3，公开号为CN101827107A，名称为“一种基于IEEE802.1AE协议的GCM高速加解密器”的专利，给出了一种基于IEEE802.1AE协议的GCM加密认证系统，通过对GHASH函数的数据处理结合全流水线式AES模块以及相应外围信息处理模块构成一个具备可以同时处理多组数据功能的硬件系统。
上述技术虽然采用了硬件方式实现GCM加密认证，但由于实现方法没有考虑分组密码的密钥管理问题同时此设计采用全流水线占用资源较大，同时此专利是IEEE802.1AE协议下的研究方案，不具有一定的通用性，随着信息技术的提高，并不能很好的提供高速、低能耗和安全性的硬件资源保护。
发明内容
本发明要解决的技术问题是分析报文格式，设计GCM硬件架构框图，提出解决密钥管理并提高安全性和吞吐率的解决方案，实现智能变电站的高效率通信。本发明的是提供一种基于改进型GCM的智能变电站报文安全传输实现方法。
本发明的技术方案是：
一种基于改进型GCM的智能变电站报文安全传输实现方法，包括报文收发模块、S/P串并转换模块、P/S并串转换模块、incr计数器模块、基于混沌的CTR-AES加密模块、位并行GHASH认证模块和XOR异或模块；报文收发模块包括报文接收模块和报文发送模块，其中报文接收模块与S/P串并转换模块相连，用于实现报文接收与数据处理，提取出GCM加密认证需要的数据输入并通过S/P串并转换模块实现并行运算，报文发送模块与P/S并串转换模块相连；S/P串并转换模块分别与基于混沌的CTR-AES加密模块中的密钥发生器、incr计数器模块、位并行GHASH认证模块和XOR异或模块相连，S/P串并转换模块分别提供密钥K、初始化向量IV和附加认证数据Ai；incr计数器模块与基于混沌的CTR-AES加密模块中的AES模块连接，为其提供输入明文Yi，基于混沌的CTR-AES加密模块的输出结果E(K，Yi)与S/P串并转换模块输出的Pi进行异或并把输出数据Ci传给P/S并串转换模块，位并行GHASH认证模块输出结果与基于混沌的CTR-AES加密模块的输出结果E(K，Y0)异或并把输出的认证标签T传给P/S并串转换模块，最后经过报文收发模块，完成报文的加密与认证并将认证标签插入到报文中，对报文进行封装后并根据IEC 61850标准完成带认证标签的报文传输，AES模块与GHASH认证模块相连；
所述的基于混沌的CTR-AES加密模块采用流水线结构，包括1个顶层模块、1个混沌密钥发生器模块、4个子模块和1个状态机控制模块；所述的CTR-AES对称计数器加密模块采用10级轮流水线形式，在10个时钟周期后产生密文，并且在以后的每一时钟周期都会产生密文，其中混沌结构采用M序列扰动的logistic序列；
所述的位并行GHASH认证模块变换形式如下：
在位并行GHASH认证模块中，密文C、附加认证数据A和操作数H作为输入，即把C与A作为统一输入X，A1、A2、...Am、C1、C2、...Cn、len(A)||len(C)分别对应X1，...，Xm+n+1，GHASH系统可以表示为GHASH(X，H)
其中
上述Hq参数采用2的倍数次；
步骤如下：
步骤一：报文接收模块接收发布者预发送的报文，对报文进行判断，IEC62351标准规定保留字段的部分定义，利用第一个保留字段定义扩展字段的Length，若Length等于0则说明此报文为不需要安全保护的报文，即符合IEC61850标准的普通报文；反之若Length不等于0，则说明此报文为需要安全保护的报文，即表示为需要安全措施保护的报文；若为普通报文，则选择直接明文传送；再通过区分帧格式及优先级，当为需要安全措施保护的GOOSE/SAV报文时，选择GCM中的GMAC模式，即启动GHASH开始信号GHASH_sig_start；当为需要安全措施保护的MMS报文时，则选择GCM加密认证模式，即启动AES开始信号AES_sig_start；
步骤二：接收报文进行判断后，对报文提取出GCM系统模块需要的输入，包括明文P、附加认证数据A和初始化向量IV，并把明文P和附加认证数据A存储到深度为128位的fifo存储器中，通过S/P串并转换模块进行串并转换，最后一组若不满128位则用Mask掩码在后面用0补齐，以每128位为一组进行运算；
步骤三：当步骤一中判断的是需要安全保护的报文，初始化向量IV补0为128位数据和128位0作为输入，启动混沌密钥发生器模块，迭代100次数后与CTR-AES加密模块中的轮密钥加模块进行异或，经过10级流水线，产生加密结果，然后每个时钟周期产生加密结果；启动位并行GHASH认证模块，以AES输出加密结果与明文P异或结果的密文C和附加认证数据A作为输入，进行位并行GHASH认证模块运算，最后输出认证标识T，经过并串转换存储到深度为128位的fifo存储器中后输出；
步骤四：经过步骤三处理后的报文经过报文发送模块进行封装后传送给订阅者，订阅者接收到数据后先进行GHASH认证操作，计算出认证标签T′后与接收到的T进行对比，若相同则进行密文解密，若不同则输出Fail并丢弃接收报文同时向发布者发送再次发送的请求；解密的输入为密钥K、初始化向量IV、密文C、附加认证数据AiA、认证标签T，认证解密操作有1个输出，即明文值P或者认证无效Fail；所述的GCM为一种伽罗华/计数器模式。
本发明的效果和益处是：
与现有技术相比，本发明系统考虑多种报文协议的通信要求，设计满足通用性的报文格式，同时对采用的通信安全模式进行优化，提出采用混沌密钥发生器的来同步给AES加密系统提供密钥，设计位并行GHASH认证系统，结合流水线式AES加密系统结构，可以实现高速率、低复杂度、低消耗的硬件实现系统。
附图说明
图1是基于GCM的智能变电站报文安全传输示意图。
图2是GCM加密认证的整体结构框图。
图3是基于混沌的CTR-AES结构示意图。
图4是基于位并行q＝8结构的GHASH硬件结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图和技术方案，进一步说明本发明的具体实施方式。
如图1所示，本例包括：6字节的目的地址、6字节的源地址、4字节的优先级标记(TPID标签协议标识，TCI标签控制信息)、2字节的以太网类型、8字节的以太网方式PDU(APPID应用标识，长度，保留字段1，保留字段2)、46-1476字节的数据单元(APDU应用协议数据单元，填充)、20字节的扩展字段。
报文的前16个字节作为GCM系统的输入，称为附加认证数据A，共128个字节，报文中的序列号作为初始化向量IV，报文的数据单元作为输入的明文数据。具体实施方式包括以下步骤：
步骤1：当发送端组织好报文，并将其组装成APDU，经应用层和表示层ASN.1编码处理后交给数据链路层；
步骤2：通过赋值保留字段中的数据来选择GCM系统模块，并把报文序列号SN赋值给IV向量；
步骤3：经过报文安全类型和模式选择，把扩展字段长度Length以及模式的选择结果附加到保留字段1中，分别占有一个字节，并规定模式选择字段为0表示只认证的GMAC模式，模式选择字段不为0时表示GCM模式，当Length为0时，选择明文传输，当Length不为0时，则判断模式选择字段的大小，当判断此报文为扩展报文且需要认证加密处理，加密前先对报文进行扩展，添加报文头部字段、优先权字段以及扩展字段，计算并赋值给A；
步骤4：调用AES-GCM函数对报文进行加密。加密时首先通过初始化向量参数H和P，然后进行报文预处理，对每段明文进行加密后输出密文段Ci，再经过串并转换模块输出密文C，调用GHASH(H，A，C)函数计算验证码，并取最高位中的16位作为认证标签T，最后返回密文C和认证码T，并将其添加到相应字段。
解密时为图中虚线所示，步骤类似，接收到报文后先进行认证，得到认证标签与接收报文附带的认证标签进行对比判断，若相等则进行解密运算，若不等则丢弃。
如图2所示，本发明方法针对系统为基于GCM加密认证系统的优化及其实现方法主要包括一下几个模块：报文收发模块、串并转换模块、incr计数器模块、基于混沌的CTR-AES加密模块、位并行GHASH认证模块和XOR异或模块。
报文收发模块包括报文接收模块、报文发送模块，主要实现状态机控制、数据的提取和报文解包与报文封装等功能，用于报文收发与数据处理。
具体实施方式描述为：以太网传输的报文输入到报文接收模块完成报文采集、报文解包、数据的提取、报文判断及模式选择功能，报文格式中的保留字段1中存储报文扩展字段长度以及模式的选择结果，对报文进行判断后，然后经由串并转换模块输出GCM加密认证模块需要的数据输入，包括明文P、附加认证数据A和初始化向量IV，并把明文P和附加认证数据A存储到深度为128位的fifo存储器中，进行一个串并转换的过程，最后一组若不满128位则用Mask掩码在后面用0补齐，以每128位为一组进行运算。当判断的是需要安全保护的报文时，初始化向量IV补0为128位数据和128位0作为输入，启动混沌密钥发生器模块，迭代100次数后与CTR-AES对称计数器加密模块中的轮密钥加模块进行异或，经过10级流水线，产生加密结果，然后每个时钟周期产生加密结果；启动GHASH认证模块，以AES输出加密结果与明文P异或结果的密文C和附加认证数据A作为输入，进行位并行GHASH认证模块的运算，最后输出认证标识T，经过并串转换存储到深度为128位的fifo存储器中并进行报文封装后输出到以太网中传送给订阅者，订阅者接收到数据后先进行GHASH认证操作，计算出认证标签T′后与接收到的T进行对比，若相同则进行密文解密，若不同则输出Fail并丢弃接收报文同时向发布者发送再次发送的请求。解密的输入为密钥K、初始化向量IV、密文C、附加认证码A、认证标签T，认证解密操作有1个输出，即明文值P或者认证无效Fail，整体系统的的运行过程由状态机控制完成。
图3为基于混沌的CTR-AES结构示意图，具体实施方式包括以下步骤：基于混沌的CTR-AES加密系统一共包括1个顶层模块、1个混沌密钥发生器模块、4个子模块、一个状态机控制模块。4个子模块具体分别为：add_round_key轮密钥加模块，sub_bytes字节变换模块，shift_rows行移位模块，mix_columns列混合模块，字节变换采用映射到GF((24)2)域的运算，系统采用10级流水线模式，在速度和资源方面达到了平衡，同时也很好的解决了密钥的管理问题，扩大了密钥空间，提高了智能变电站通信传输的安全性。
图4为基于位并行结构的GHASH硬件结构示意图，高性能并行体系GHASH结构能够提高GCM吞吐量和延迟，根据低消耗的散列子序列提出了高性能系统架构，利用H2j的形式获取的散列子序列应用GF(2128)乘法体系的数量最少。
对于并行GHASH系统，密文C、附加认证数据A、操作数H作为输入，即可以把C与A作为统一输入X，A1、A2、...Am、C1、C2、...Cn、len(A)||len(C)分别对应X1，...，Xm+n+1，GHASH系统可以表示为GHASH(X，H)
其中
在本实施例中q＝8，m+n+1＝16时，
把A，C分成的每128位为一组的数据和len(A)||len(C)数据依次组成X1，X2，...X16，不足16组的部分在前面用0补齐，X1与X9为一组，X2与X10为一组，X3与X11为一组，X4与X12为一组，X5与X13为一组，X6与X14为一组，X7与X15为一组，X8与X16为一组，位并行的输入GHASH认证模块系统中，运算出结果。
此架构具有较高的吞吐率，并且可以达到高效的并行实现目的。
Claims (1)
1.一种基于改进型GCM的智能变电站报文安全传输实现方法，其特征在于，该智能变电站报文安全传输实现方法包括报文收发模块、S/P串并转换模块、P/S并串转换模块、incr计数器模块、基于混沌的CTR‐AES加密模块、位并行GHASH认证模块和XOR异或模块；报文收发模块包括报文接收模块和报文发送模块，其中报文接收模块与S/P串并转换模块相连，用于实现报文接收与数据处理，提取出GCM加密认证需要的数据输入并通过S/P串并转换模块实现并行运算，报文发送模块与P/S并串转换模块相连；S/P串并转换模块分别与基于混沌的CTR‐AES加密模块中的密钥发生器、incr计数器模块、位并行GHASH认证模块和XOR异或模块相连，S/P串并转换模块分别提供密钥K、初始化向量IV和附加认证数据Ai；incr计数器模块与基于混沌的CTR‐AES加密模块中的AES模块连接，为其提供输入明文Yi，基于混沌的CTR‐AES加密模块的输出结果E(K，Yi)与S/P串并转换模块输出的Pi进行异或并把输出数据Ci传给P/S并串转换模块，位并行GHASH认证模块输出结果与基于混沌的CTR‐AES加密模块的输出结果E(K，Y0)异或并把输出的认证标签T传给P/S并串转换模块，最后经过报文收发模块，完成报文的加密与认证并将认证标签插入到报文中，对报文进行封装后并根据IEC 61850标准完成带认证标签的报文传输，AES模块与GHASH认证模块相连；
所述的基于混沌的CTR‐AES加密模块采用流水线结构，包括1个顶层模块、1个混沌密钥发生器模块、4个子模块和1个状态机控制模块；所述的CTR‐AES加密模块采用10级轮流水线形式，在10个时钟周期后产生密文，并且在以后的每一时钟周期都会产生密文，其中混沌结构采用M序列扰动的logistic序列；
所述的位并行GHASH认证模块变换形式如下：
<mrow>
<msub>
<mi>X</mi>
<mrow>
<mi>m</mi>
<mo>+</mo>
<mi>n</mi>
<mo>+</mo>
<mn>1</mn>
</mrow>
</msub>
<mo>=</mo>
<msub>
<mi>A</mi>
<mn>1</mn>
</msub>
<mo>&CenterDot;</mo>
<msup>
<mi>H</mi>
<mrow>
<mi>m</mi>
<mo>+</mo>
<mi>n</mi>
<mo>+</mo>
<mn>1</mn>
</mrow>
</msup>
<mo>&CirclePlus;</mo>
<mo>...</mo>
<mo>&CirclePlus;</mo>
<msub>
<mi>A</mi>
<mi>m</mi>
</msub>
<mo>&CenterDot;</mo>
<msup>
<mi>H</mi>
<mrow>
<mi>n</mi>
<mo>+</mo>
<mn>2</mn>
</mrow>
</msup>
<mo>&CirclePlus;</mo>
<msub>
<mi>C</mi>
<mn>1</mn>
</msub>
<mo>&CenterDot;</mo>
<msup>
<mi>H</mi>
<mrow>
<mi>n</mi>
<mo>+</mo>
<mn>1</mn>
</mrow>
</msup>
<mo>&CirclePlus;</mo>
<mo>...</mo>
<mo>&CirclePlus;</mo>
<msub>
<mi>C</mi>
<mi>n</mi>
</msub>
<mo>&CenterDot;</mo>
<msup>
<mi>H</mi>
<mn>2</mn>
</msup>
<mo>&CirclePlus;</mo>
<mi>l</mi>
<mi>e</mi>
<mi>n</mi>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mi>A</mi>
<mo>)</mo>
</mrow>
<mo>|</mo>
<mo>|</mo>
<mi>l</mi>
<mi>e</mi>
<mi>n</mi>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mi>C</mi>
<mo>)</mo>
</mrow>
<mo>&CenterDot;</mo>
<mi>H</mi>
</mrow>
在位并行GHASH认证模块中，密文C、附加认证数据A和操作数H作为输入，即把C与A作为统一输入X，A1、A2、...Am、C1、C2、...Cn、len(A)||len(C)分别对应X1，...，Xm+n+1，GHASH系统可以表示为GHASH(X，H)
<mrow>
<msub>
<mi>X</mi>
<mrow>
<mi>m</mi>
<mo>+</mo>
<mi>n</mi>
<mo>+</mo>
<mn>1</mn>
</mrow>
</msub>
<mo>=</mo>
<msub>
<mi>Q</mi>
<mi>q</mi>
</msub>
<mo>&CirclePlus;</mo>
<msub>
<mi>Q</mi>
<mrow>
<mi>q</mi>
<mo>-</mo>
<mn>1</mn>
</mrow>
</msub>
<mo>&CirclePlus;</mo>
<mo>...</mo>
<mo>&CirclePlus;</mo>
<msub>
<mi>Q</mi>
<mn>1</mn>
</msub>
</mrow>
其中
<mfenced open = "" close = "">
<mtable>
<mtr>
<mtd>
<mrow>
<msub>
<mi>Q</mi>
<mi>q</mi>
</msub>
<mo>=</mo>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mo>(</mo>
<mrow>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mrow>
<msub>
<mi>X</mi>
<mn>1</mn>
</msub>
<mo>&CenterDot;</mo>
<msup>
<mi>H</mi>
<mi>q</mi>
</msup>
<mo>&CirclePlus;</mo>
<msub>
<mi>X</mi>
<mrow>
<mi>q</mi>
<mo>+</mo>
<mn>1</mn>
</mrow>
</msub>
</mrow>
<mo>)</mo>
</mrow>
<mo>&CenterDot;</mo>
<msup>
<mi>H</mi>
<mi>q</mi>
</msup>
<mo>&CirclePlus;</mo>
<msub>
<mi>X</mi>
<mrow>
<mn>2</mn>
<mi>q</mi>
<mo>+</mo>
<mn>1</mn>
</mrow>
</msub>
</mrow>
<mo>)</mo>
<mo>&CenterDot;</mo>
<msup>
<mi>H</mi>
<mi>q</mi>
</msup>
<mo>&CirclePlus;</mo>
<mn>...</mn>
<mo>)</mo>
</mrow>
<mo>&CenterDot;</mo>
<msup>
<mi>H</mi>
<mi>q</mi>
</msup>
</mrow>
</mtd>
</mtr>
<mtr>
<mtd>
<mrow>
<msub>
<mi>Q</mi>
<mrow>
<mi>q</mi>
<mo>-</mo>
<mn>1</mn>
</mrow>
</msub>
<mo>=</mo>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mo>(</mo>
<mrow>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mrow>
<msub>
<mi>X</mi>
<mn>2</mn>
</msub>
<mo>&CenterDot;</mo>
<msup>
<mi>H</mi>
<mi>q</mi>
</msup>
<mo>&CirclePlus;</mo>
<msub>
<mi>X</mi>
<mrow>
<mi>q</mi>
<mo>+</mo>
<mn>2</mn>
</mrow>
</msub>
</mrow>
<mo>)</mo>
</mrow>
<mo>&CenterDot;</mo>
<msup>
<mi>H</mi>
<mi>q</mi>
</msup>
<mo>&CirclePlus;</mo>
<msub>
<mi>X</mi>
<mrow>
<mn>2</mn>
<mi>q</mi>
<mo>+</mo>
<mn>2</mn>
</mrow>
</msub>
</mrow>
<mo>)</mo>
<mo>&CenterDot;</mo>
<msup>
<mi>H</mi>
<mi>q</mi>
</msup>
<mo>&CirclePlus;</mo>
<mn>...</mn>
<mo>)</mo>
</mrow>
<mo>&CenterDot;</mo>
<msup>
<mi>H</mi>
<mrow>
<mi>q</mi>
<mo>-</mo>
<mn>1</mn>
</mrow>
</msup>
</mrow>
</mtd>
</mtr>
<mtr>
<mtd>
<mo>.</mo>
</mtd>
</mtr>
<mtr>
<mtd>
<mo>.</mo>
</mtd>
</mtr>
<mtr>
<mtd>
<mo>.</mo>
</mtd>
</mtr>
<mtr>
<mtd>
<mrow>
<msub>
<mi>Q</mi>
<mn>1</mn>
</msub>
<mo>=</mo>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mo>(</mo>
<mrow>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mrow>
<msub>
<mi>X</mi>
<mi>q</mi>
</msub>
<mo>&CenterDot;</mo>
<msup>
<mi>H</mi>
<mi>q</mi>
</msup>
<mo>&CirclePlus;</mo>
<msub>
<mi>X</mi>
<mrow>
<mn>2</mn>
<mi>q</mi>
</mrow>
</msub>
</mrow>
<mo>)</mo>
</mrow>
<mo>&CenterDot;</mo>
<msup>
<mi>H</mi>
<mi>q</mi>
</msup>
<mo>&CirclePlus;</mo>
<msub>
<mi>X</mi>
<mrow>
<mn>3</mn>
<mi>q</mi>
</mrow>
</msub>
</mrow>
<mo>)</mo>
<mo>&CenterDot;</mo>
<msup>
<mi>H</mi>
<mi>q</mi>
</msup>
<mo>&CirclePlus;</mo>
<mn>...</mn>
<mo>)</mo>
</mrow>
<mo>&CenterDot;</mo>
<mi>H</mi>
</mrow>
</mtd>
</mtr>
</mtable>
</mfenced>
上述Hq参数采用2的倍数次；
步骤如下：
步骤一：报文接收模块接收发布者预发送的报文，对报文进行判断，IEC 62351标准规定保留字段的部分定义，利用第一个保留字段定义扩展字段的Length，若Length等于0则说明此报文为不需要安全保护的报文，即符合IEC 61850标准的普通报文；反之若Length不等于0，则说明此报文为需要安全保护的报文，即表示为需要安全措施保护的报文；若为普通报文，则选择直接明文传送；再通过区分帧格式及优先级，当为需要安全措施保护的GOOSE/SAV报文时，选择GCM中的GMAC模式，即启动GHASH开始信号GHASH_sig_start；当为需要安全措施保护的MMS报文时，则选择GCM加密认证模式，即启动AES开始信号AES_sig_start；
步骤二：接收报文进行判断后，对报文提取出GCM系统模块需要的输入，包括明文P、附加认证数据A和初始化向量IV，并把明文P和附加认证数据A存储到深度为128位的fifo存储器中，通过S/P串并转换模块进行串并转换，最后一组若不满128位则用Mask掩码在后面用0补齐，以每128位为一组进行运算；
步骤三：当步骤一中判断的是需要安全保护的报文，初始化向量IV补0为128位数据和128位0作为输入，启动混沌密钥发生器模块，迭代100次数后与CTR‐AES加密模块中的轮密钥加模块进行异或，经过10级流水线，产生加密结果，然后每个时钟周期产生加密结果；启动位并行GHASH认证模块，以AES输出加密结果与明文P异或结果的密文C和附加认证数据A作为输入，进行位并行GHASH认证模块运算，最后输出认证标识T，经过并串转换存储到深度为128位的fifo存储器中后输出；
步骤四：经过步骤三处理后的报文经过报文发送模块进行封装后传送给订阅者，订阅者接收到数据后先进行GHASH认证操作，计算出认证标签T′后与接收到的T进行对比，若相同则进行密文解密，若不同则输出Fail并丢弃接收报文同时向发布者发送再次发送的请求；解密的输入为密钥K、初始化向量IV、密文C、附加认证数据A、认证标签T，认证解密操作有1个输出，即明文值P或者认证无效Fail；所述的GCM为一种伽罗华/计数器模式。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201510645106.1A CN105227298B (zh) | 2015-09-30 | 2015-09-30 | 基于改进型gcm的智能变电站报文安全传输实现方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201510645106.1A CN105227298B (zh) | 2015-09-30 | 2015-09-30 | 基于改进型gcm的智能变电站报文安全传输实现方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN105227298A CN105227298A (zh) | 2016-01-06 |
| CN105227298B true CN105227298B (zh) | 2018-02-16 |
Family
ID=54996019
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201510645106.1A Expired - Fee Related CN105227298B (zh) | 2015-09-30 | 2015-09-30 | 基于改进型gcm的智能变电站报文安全传输实现方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN105227298B (zh) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106789903B (zh) * | 2016-11-18 | 2020-11-13 | 海能达通信股份有限公司 | 无线通信方法、装置及通信设备 |
| CN109831293B (zh) * | 2017-11-23 | 2022-04-15 | 苏州盛科通信股份有限公司 | 基于Aes算法的解密方法及系统 |
| CN109962766A (zh) * | 2017-12-22 | 2019-07-02 | 中国科学院沈阳自动化研究所 | 基于ieee802-15-4标准的安全服务协处理器的实现方法 |
| CN113435883A (zh) * | 2019-05-31 | 2021-09-24 | 创新先进技术有限公司 | 基于交易偏移量实现动态加密的方法及装置 |
| CN110336661B (zh) * | 2019-09-02 | 2019-12-31 | 灵长智能科技(杭州)有限公司 | Aes-gcm数据处理方法、装置、电子设备及存储介质 |
| CN112039211B (zh) * | 2020-09-07 | 2022-03-01 | 国网四川省电力公司电力科学研究院 | 智能变电站二次安措可靠性与复杂度的优化方法 |
| CN113098855B (zh) * | 2021-03-26 | 2022-11-01 | 国网四川省电力公司营销服务中心 | 一种gw376.1规约报文加密方法及装置 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101335741A (zh) * | 2007-06-28 | 2008-12-31 | 财团法人工业技术研究院 | 认证加密的迦罗瓦计数模式中赫序运算的加速方法与装置 |
| CN101827107A (zh) * | 2010-05-11 | 2010-09-08 | 南京大学 | 一种基于ieee802.1ae协议的gcm高速加解密器 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7886143B2 (en) * | 2006-11-30 | 2011-02-08 | Broadcom Corporation | Multi-data rate cryptography architecture for network security |
| US9209967B2 (en) * | 2007-03-12 | 2015-12-08 | Exelis, Inc. | Precalculated encryption key |
-
2015
- 2015-09-30 CN CN201510645106.1A patent/CN105227298B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101335741A (zh) * | 2007-06-28 | 2008-12-31 | 财团法人工业技术研究院 | 认证加密的迦罗瓦计数模式中赫序运算的加速方法与装置 |
| CN101827107A (zh) * | 2010-05-11 | 2010-09-08 | 南京大学 | 一种基于ieee802.1ae协议的gcm高速加解密器 |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| GHASH函数在网络加密算法GCM的应用;薛原;《网络安全技术与应用》;20090615;全文 * |
| 一种基于GCM的智能变电站报文安全传输方法;王保义，王民安，张少敏;《电力系统自动化》;20120824;全文 * |
| 基于GCM的智能变电站报文安全传输;张晓博;《科技传播》;20131023;全文 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN105227298A (zh) | 2016-01-06 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN105227298B (zh) | 基于改进型gcm的智能变电站报文安全传输实现方法 | |
| CN105357218B (zh) | 一种具备硬件加解密功能的路由器及其加解密方法 | |
| CN102035845B (zh) | 支持链路层保密传输的交换设备及其数据处理方法 | |
| CN110753344B (zh) | 基于NB-IoT的智能表安全接入系统 | |
| CN107395368A (zh) | 无介质环境中的数字签名方法及解密封方法与解密方法 | |
| CN109787761A (zh) | 一种基于物理不可克隆函数的设备认证与密钥分发系统和方法 | |
| CN101827107A (zh) | 一种基于ieee802.1ae协议的gcm高速加解密器 | |
| CN107888381A (zh) | 一种密钥导入的实现方法、装置及系统 | |
| CN101442522A (zh) | 一种基于组合公钥的通信实体标识认证方法 | |
| CN106850191A (zh) | 分布式存储系统通信协议的加密、解密方法及装置 | |
| CN104394134B (zh) | 一种变电站内设备运行监测可见光通信传输加密方法 | |
| CN208675215U (zh) | 安全通信模块 | |
| CN107172043A (zh) | 一种基于同态加密的智能电网用户售电方法 | |
| CN109586924A (zh) | 一种基于云计算的智能配电网数据安全传输方法 | |
| CN103023646B (zh) | 一种签密文可聚合的签密方法 | |
| CN109194701A (zh) | 一种数据处理方法及装置 | |
| CN103458401B (zh) | 一种语音加密通信系统及通信方法 | |
| CN109040120A (zh) | 一种基于iec61850标准的sv报文加密及解密方法 | |
| CN104954136A (zh) | 一种云计算环境下网络安全加密装置 | |
| CN112039654A (zh) | 一种抵御中间人攻击的电表数据安全采集方法 | |
| CN107317673A (zh) | 一种智能电能表通信加密算法 | |
| CN102662483A (zh) | 一种对云计算业务智能终端用户信息安全输入的方法 | |
| CN105187198B (zh) | 一种用于IPSec协议下的AES算法硬件实现装置 | |
| CN103873270B (zh) | 智慧型电表基础建设网络系统及其消息广播方法 | |
| CN102448059B (zh) | 应用于ZigBee协议的加解密电路结构及其控制方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20180216 Termination date: 20200930 |
|
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |