CN105915509A - 一种基于混合加密算法的网络型电压监测系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于混合加密算法的网络型电压监测系统，包括网络型电压监测仪和上位机服务器。本发明采用的网络型电压监测仪，通过电压监测模块来采集电网电压数据；CPU处理器中内嵌的基于SM2、SM4混合改进加密算法对采集的电压数据进行加密处理；GPRS通信模块将加密处理过的电压数据发送给上位机服务器；上位机服务器结合网络数据库对需要监测的电压数据进行存储管理和评估分析。本发明采用了国家密码管理局认可的SM2、SM4混合改进加密技术，既保证了电网监测电压数据的安全，又提高了电压数据加、解密的速度，具有降低生产成本、提高效率和使用方便的优点，可广泛应用于智能电网电压监测领域。

Description

一种基于混合加密算法的网络型电压监测系统
技术领域
本发明涉及一种对智能电网电压数据进行监测的电压监测系统，特别涉及一种基于SM2、SM4混合改进加密算法的网络型电压监测系统，属于电力系统监测设备的技术领域。
背景技术
随着电力改革的不断深入，智能电网已成为电力系统发展中的重中之重。然而，随着智能电网建设的高速发展，其安全性问题也日益突出，尤其进入大数据时代以后，智能电网中的大数据安全和隐私保护问题日益凸显。
电力公司按照按国家电网公司及电监会要求，在固定的地点加装电压监测装置对供电电压进行连续监测，并统计上报，接收检查监督。然而目前采用的电压监测仪，都没有带安全防护功能，以至于电压监测点设置的规范性、数据统计的正确性和网络传输的安全性都存在漏洞和隐患。
为了确保智能电网的安全，未经安全论证的设备和数据是不能接入电网的。网络型电压监测仪监测到的数据因为缺少安全防护，不能直接接入电力部门的局域网数据库。所以，对智能电网的电压数据进行实时监测并且在传输给上位机服务器前对其进行安全加密处理，可以很大程度上提高智能电网的运行效率和安全性。
目前对智能电网电压数据的监测主要通过普通的无线电压监测仪进行监测。如专利号201310430769.2采用短信发送、彩信发送、GPRS等无线发送的方式将电压监测模块所采集的电压数据进行传输，并没有对监测到的电压数据进行安全防护；专利号201310139854.3虽然采用带有安全加密芯片的电压监测仪对智能电网电压数据进行监测与安全防护，但由于该安全加密芯片采用的SM2加密技术存在算法复杂、加解密大块数据的速度慢和效率低的缺陷，这不利于电压监测装置广泛的在电网系统中应用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于混合加密算法的网络型电压监测系统，以实时监测智能电网的电压数据，并将监测数据安全处理后发送至上位机服务器，确保智能电网数据安全。
为了解决以上技术问题，本发明采用的具体技术方案如下：
一种基于混合加密算法的网络型电压监测系统，包括网络型电压监测仪和上位机服务器，其特征在于：所述网络型电压监测仪包括CPU处理器、电压监测模块、存储器、时钟、显示、键盘、电源、GPRS通讯模块，所述电压监测模块、存储器、时钟、显示、键盘、电源、GPRS通讯模块分别与CPU直接连接；需要被监测的电压数据先通过电压监测模块进行有效采样并传输给CPU处理器，再经过CPU处理器中内嵌的SM2、SM4混合改进加密技术处理后通过GPRS通信模块传输给上位机服务器，以实现对智能电网电压数据的实时监测管理；
所述上位机服务器包括上位机模块和网络数据库模块，网络数据库与上位机模块直接连接，上位机模块接收由网络型电压监测仪通过GPRS通信模块传输的电压数据；
所述电压监测模块包括电压采集模块和电压转换模块；
所述CPU处理器模块包括单片机MCU或嵌入式单片机系统；
所述存储器与CPU处理器连接，用于存储所述监测到的电压数据；
所述GPRS通讯模块采用的是FLYSCALE公司生产的FLY280通信模块，该模块基于CMOS技术，采用GPRS无线网络传输方式；
所述上位机PC包括上位机软件和网络数据库。
所述网络型电压监测仪CPU处理器中嵌入由国家密码管理局认可的SM2、SM4混合改进加密算法。
所述SM2、SM4混合改进加密算法包括以下步骤：
步骤一，随机生成SM4密钥key；
步骤二，采用SM4算法对电压数据进行加密得到密文M’；
步骤三，采用SM2算法对密钥key进行加密得到key’；
步骤四，通过GPRS无线传输将密文M’和key’传输给上位机服务器；
步骤五，采用SM2算法对key’进行解密得到SM4的密钥key；步骤六，采用SM4算法对密文M’进行解密得到原始监测的电压数据。
本发明的工作过程为：在基于混合加密算法的网络型电压监测系统中，由电压监测模块对智能电网电压数据进行有效采样并传输给CPU处理器，被监测得到的电压数据经过CPU处理器中内嵌的SM2、SM4混合改进加密算法处理后，通过GPRS通信模块传输给上位机服务器，以实现对智能电网电压数据的实时监测管理。
本发明具有有益效果：本发明中网络型电压监测装置依据安全协议规范实现安全接入，根据需要制定用户安全策略，可以减少、限制管理员权限使用，一般操作中采用一般权限用户，仅在必要时切换至管理员帐号进行操作，并启用对管理员权限的日志审计；本发明中网络型电压监测仪内嵌了基于SM2、SM4混合改进加密算法，即保证了监测电压数据的安全，又提高了电压数据加、解密的速度，从而实现了智能电网电压数据安全、高效、快捷地传输；本发明采用PC机、数据库技术和MCU组合监控方案，实现对智能电网电压的层次监测管理、布置简单，易于监测区域的大面积扩展。利用上位机服务器结合网络数据库对监测到的电压数据进行存储分析，从而有效地对智能电网工作状态进行管理评估。
附图说明
图1是本发明的电压监测仪系统原理框图。
图2是本发明的电压监测仪的模块示意图。
图3是本发明的SM2、SM4混合改进加密算法的具体流程图。
具体实施方法
如图1所示，在本实施方法中，所述基于混合加密算法的网络型电压监测系统，包括电压监测仪10和上位机服务器20。
如图2所示，在本实施方法中，所述网络型电压监测仪10为一块嵌入了CPU处理器13、电压监测模块11、存储器、时钟、显示、键盘、电源、GPRS通讯模块12的集成电路板，并安装在网络型电压监测仪10内部。其中电压监测模块11、存储器、时钟、显示、键盘、电源、GPRS通讯模块12分别与CPU处理器13直接连接。需要被监测的电压数据通过电压监测模块11进行有效采样并传输给CPU处理器13，再经过CPU处理器13中内嵌的SM2、SM4混合改进加密技术处理后通过GPRS通信模块12传输给上位机服务器20。其中，电压监测模块11包括电压采集模块和电压转换模块，GPRS通讯模块12采用的是FLYSCALE公司生产的FLY280通信模块，该模块基于CMOS技术，采用GPRS无线网络传输方式。
本发明适用于100V/220V/380V交流电压有效值的监测。
本发明在电压监测仪CPU处理器13中嵌入了国家密码管理局认可的SM2、SM4混合改进加密算法，既保证了监测电压数据的安全，又提高了电压数据加、解密速度，从而实现了智能电网数据安全、高效、快捷的传输。
以下结合附图对本发明的基于混合改进加密算法的电压监测系统的工作过程进行详细描述。
首先，单片机、电压监测模块以及GPRS通信模块初始化；接着需要被监测的电压数据通过电压监测模块11进行有效采样并传输给CPU处理器13，再经过CPU处理器13中SM2、SM4混合改进加密技术处理后通过GPRS通信模块12传输给上位机服务器20。上位机服务器20结合网络数据库负责接收、显示和存储各个被网络型电压监测仪采集的电压数据，并判断各区域电网的工作状态。
本发明中CPU处理器13中SM2、SM4混合改进加密算法实现的具体流程如图3所示。1).随机生成SM4密钥key；
2).采用SM4算法对电压数据进行加密得到密文M’；
3).采用SM2算法对密钥key进行加密得到key’；
4).通过GPRS无线传输将密文M’和key’传输给上位机服务器20；
5).采用SM2算法对key’进行解密得到SM4的密钥key；
6).采用SM4算法对密文M’进行解密得到原始监测的电压数据；
在本实施方法中，在所述基于SM2、SM4混合改进加密算法的网络型电压监测系统，大量的主体明文数据采用加密速度极快的SM4算法进行加密得到密文，再利用SM2算法来对SM4算法的密钥进行加密并和密文一起传输，以此来避免复杂的SM4密钥管理。这即保证了监测电压数据的安全，又提高了电压数据加、解密的速度，从而实现了智能电网电压数据的安全、高效、快捷地传输。本发明具有降低生产成本、提高效率、使用方便的优势，可以广泛应用于电网电压监测领域。

Claims (3)

1.一种基于混合加密算法的网络型电压监测系统，包括网络型电压监测仪和上位机服务器，其特征在于：所述网络型电压监测仪包括CPU处理器、电压监测模块、存储器、时钟、显示、键盘、电源、GPRS通讯模块，所述电压监测模块、存储器、时钟、显示、键盘、电源、GPRS通讯模块分别与CPU直接连接；需要被监测的电压数据先通过电压监测模块进行有效采样并传输给CPU处理器，再经过CPU处理器中内嵌的SM2、SM4混合改进加密技术处理后通过GPRS通信模块传输给上位机服务器，以实现对智能电网电压数据的实时监测管理；
所述上位机服务器包括上位机模块和网络数据库模块，网络数据库与上位机模块直接连接，上位机模块接收由网络型电压监测仪通过GPRS通信模块传输的数据；
所述电压监测模块包括电压采集模块和电压转换模块；
所述CPU处理器模块包括单片机MCU或嵌入式单片机系统；
所述存储器与CPU处理器连接，用于存储所述监测到的电压数据；
所述GPRS通信模块采用的是FLYSCALE公司生产的FLY280通信模块，该模块基于CMOS技术，采用GPRS无线网络传输方式；
所述上位机PC包括上位机软件和网络数据库。
2.根据权利要求1所述的一种基于混合加密算法的网络型电压监测系统，其特征在于：所述网络型电压监测仪中的CPU处理器内嵌有由国家密码管理局认可的SM2、SM4混合改进加密算法。
3.根据权利要求2所述的一种基于混合加密算法的网络型电压监测系统，其特征在于：所述SM2、SM4混合改进加密算法包括以下步骤：
步骤一，随机生成SM4密钥key；
步骤二，采用SM4算法对电压数据进行加密得到密文M’；
步骤三，采用SM2算法对密钥key进行加密得到key’；
步骤四，通过GPRS通信模块将密文M’和key’传输给上位机服务器；
步骤五，采用SM2算法对key’进行解密得到SM4的密钥key；
步骤六，采用SM4算法对密文M’进行解密得到原始监测的电压数据。
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