CN106899541A - 一种电力采集设备的安全费率控制方法 - Google Patents

一种电力采集设备的安全费率控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种电力采集设备的安全费率控制方法，基于一个费率控制电力采集设备加以实现，包括处理器、EEPROM存储器以及通信接口，所述处理器通过通信接口与外部数据设备加以通信耦合，并将数据存储于EEPROM存储器中，进一步包括内嵌于所述处理器的加密算法，用于所述外部数据设备与处理器之间的安全耦合。本发明技术方案可以摒弃专用硬件安全模块，或者以一种简单电路加以替代，同样高效地实现费率控制和结算操作。

Description

一种电力采集设备的安全费率控制方法
技术领域
本发明涉及公用事业集中抄表系统，更特定言之，本发明涉及一种费率控制采集设备的安全费率控制方法。
背景技术
当前，具有费率控制功能的电力采集设备（例如费控电能表）嵌入专用硬件安全芯片模块(例如ESAM)来实现“费控电能表”的费控功能。当然，这种技术明显存在缺陷：由于电表嵌入了专用硬件安全模块，且须设计相关配套电路，电表整体成本很高；实际情况是，目前世界上的仪表设备制造企业只能选择2～3个供应商提供仪表专用硬件安全模块及其配套设备，电表设计时安全模块可选择余地小；电表受到专用硬件安全模块的限制，功能扩展性和灵活性受到限制，无法满足客户对电表个性化的需求；更特定地，费率控制系统的安全性一直都没有得意很好地改进，这样会经常出现用户信息丢失、泄露或错误等问题，而这些问题明显又不能期望设备维护人员来有效地逐一解决。
发明内容
为解决以上技术缺陷，提供一种安全的费率控制方法，可以摒弃专用硬件安全模块，或者以一种简单电路加以替代，而同样高效地实现费率控制和结算操作。一种电力采集设备的安全费率控制方法，基于一个费率控制电力采集设备加以实现，包括处理器、EEPROM存储器以及通信接口，所述处理器通过通信接口与外部数据设备加以通信耦合，并将数据存储于EEPROM存储器中，其特征在于：进一步包括内嵌于所述处理器的加密算法，用于所述外部数据设备与处理器之间的安全耦合，其中所述安全费率控制方法包括步骤：
S1：将所述外部数据设备与费率控制电力采集设备通过所述通信接口加以通信连接；
S2：所述外部设备使用序列数RAND分散因子产生临时会话密钥，所述序列数RAND为通过所述处理器控制外部数据设备生成的随机数或外部数据设备本身的标识序列数；
S3：所述处理器控制外部数据设备生成随机数RAND8，所述外部数据设备使用所述临时会话密钥加密所述随机数RAND8，生成Kl密文；
S4：所述外部数据设备通过其通信接口将RAND、RAND8及Kl密文发送给所述费率控制电力采集设备；
S5：通过所述处理器使用RAND分散因子产生临时会话密钥；
S6：通过所述处理器使用此临时会话密钥加密所述随机数RAND8，产生K2密文；
S7：通过所述处理器判断Kl密文是否符合K2密文；
S8：若Kl密文符合K2密文，则通过所述处理器建立所述外部数据设备与费率控制电力采集设备之间的一次会话。
作为优选的，在步骤S7与S8之间进一步包括步骤：若Kl密文符合K2密文，则通过所述处理器生成随机数RAND4并反馈给外部数据设备，用于本次会话过程中交互数据的加密。
作为优选的，进一步包括步骤：通过外部数据设备对随机数RAND4和数据使用与所述数据相关的密钥计算出MAC，然后使用所述相关密钥对随机数RAND4、数据及MAC加密得到密文DEST，并将所述密文DEST发送给所述处理器。
作为优选的，对于不同的数据类型使用相对应的密钥。
作为优选的，进一步包括步骤：通过所述处理器将密文DEST加以解密。
作为优选的，进一步包括步骤：在本次会话结束后，通过所述处理器擦除存储于所述EEPROM存储器中的随机数RAND4。
作为优选的，所述外部数据设备是一个CPU卡，所述费率控制电力采集设备设置有电气容纳所述CPU卡的设备。
作为优选的，所述外部数据设备是一个远端数据采集主站设备。
作为优选的，所述加密算法为软件加密算法或简单硬件电路。
作为优选的，所述加密算法为国际公认的DES、3DES或AES加密算法。
附图说明
图1为本发明一种费率控制电力采集设备的一个较佳实施例原理框图；
图2为本发明一种电力采集设备的安全费率控制方法的第一实施例流程图；
图3为本发明一种电力采集设备的安全费率控制方法的第二实施例流程图。
具体实施方式
参照图1、图2和图3，一种电力采集设备的安全费率控制方法，基于一个费率控制电力采集设备10加以实现，包括处理器11、EEPROM存储器12以及通信接口13，所述处理器11通过通信接口13与外部数据设备20加以通信耦合，并将数据存储于EEPROM存储器12中，进一步包括内嵌于所述处理器11的加密算法112，用于所述外部数据设备20与处理器11之间的安全耦合，其中所述安全费率控制方法包括：
S1：将所述外部数据设备与费率控制电力采集设备通过所述通信接口加以通信连接；
S2：所述外部设备使用序列数RAND分散因子产生临时会话密钥，所述序列数RAND为通过所述处理器控制外部数据设备生成的随机数或外部数据设备本身的标识序列数；
S3：所述处理器控制外部数据设备生成随机数RAND8，所述外部数据设备使用所述临时会话密钥加密所述随机数RAND8，生成Kl密文；
S4：所述外部数据设备通过其通信接口将RAND、RAND8及Kl密文发送给所述费率控制电力采集设备；
S5：通过所述处理器使用RAND分散因子产生临时会话密钥；
S6：通过所述处理器使用此临时会话密钥加密所述随机数RAND8，产生K2密文；
S7：通过所述处理器判断Kl密文是否符合K2密文；
S8：若Kl密文符合K2密文，则通过所述处理器建立所述外部数据设备与费率控制电力采集设备之间的一次会话。
在一个较佳的实施例中，在步骤S7与S8之间进一步包括步骤：若Kl密文符合K2密文，则通过所述处理器生成随机数RAND4并反馈给外部数据设备，用于本次会话过程中交互数据的加密。
在一个较佳的实施例中，进一步包括步骤：通过外部数据设备对随机数RAND4和数据使用与所述数据相关的密钥计算出MAC，然后使用所述相关密钥对随机数RAND4、数据及MAC加密得到密文DEST，并将所述密文DEST发送给所述处理器。
在一个较佳的实施例中，对于不同的数据类型使用相对应的密钥。
在一个较佳的实施例中，进一步包括步骤：通过所述处理器将密文DEST加以解密。
在一个较佳的实施例中，进一步包括步骤：在本次会话结束后，通过所述处理器擦除存储于所述EEPROM存储器中的随机数RAND4。
在一个较佳的实施例中，所述外部数据设备是一个CPU卡，所述费率控制电力采集设备设置有电气容纳所述CPU卡的设备。
在一个较佳的实施例中，所述外部数据设备是一个远端数据采集主站设备。
在一个较佳的实施例中，所述加密算法为软件加密算法或简单硬件电路。
在一个较佳的实施例中，所述加密算法为国际公认的DES、3DES或AES加密算法。
图2为电力采集设备的安全费率控制方法的第一实施例流程图，使用CPU卡作为外部数据设备20，费控电能表作为电力采集设备10，所述的安全费率控制方法包括步骤：
S1：CPU卡插入电表的插卡槽中，与电表通信连接；
S2：获得卡号，选取其中应用目录；
S3：处理器调用加密算法控制CPU卡使用卡号分散因子产生临时会话密钥；
S4：处理器调用加密算法控制CPU卡生成随机数RAND8；
S5：处理器调用加密算法控制CPU卡使用所述临时会话密钥加密所述随机数RAND8，生成Kl密文；
S6：CPU卡通过通信接口将卡号、RAND8及Kl密文发送给电表；
S7：电表中的处理器使用卡号分散因子产生临时会话密钥；
S8：电表中的处理器使用此临时会话密钥加密所述随机数RAND8，产生K2密文；
S9：电表中的处理器判断Kl密文是否符合K2密文；若符合，则通过电表的处理器建立CPU卡与电表之间的一次会话；若不符合，则结束本次会话；
S10：通过电表处理器生成随机数RAND4并反馈给CPU卡，用于本次会话过程中交互数据的加密；
S11：CPU卡对随机数RAND4和数据使用与之相关的密钥计算出MAC，然后使用所述相关密钥对随机数RAND4、数据及MAC加密得到密文DEST，并将所述密文DEST传送给电表；
S12：电表处理器将密文DEST加以解密，判断MAC是否正确，若正确，则将解密DEST后的数据输入EEPROM存储器；若不正确，则结束本次会话；
S13：判断数据是否传送完成，若完成，则通过处理器擦除存储于EEPROM存储器中的随机数RAND4，若未传送完成，则返回至步骤S11；
S14：结束本次会话，且擦除全部的临时会话密钥。
图3为电力采集设备的安全费率控制方法的第二实施例流程图，使用远端数据采集主站设备作为外部数据设备20，费控电能表作为电力采集设备10，所述的安全费率控制方法包括步骤：
S1：将主站设备与电表通过通信接口连接（有线或无线方式连接），建立一次通信连接；
S2：处理器调用加密算法控制主站设备产生随机数RAND，使用RAND分散因子产生临时会话密钥；
S3：处理器调用加密算法控制主站设备生成随机数RAND8；
S4：处理器调用加密算法控制主站设备使用所述临时会话密钥加密所述随机数RAND8，生成Kl密文；
S5：主站设备通过通信接口将RAND、RAND8及Kl密文发送给电表；
S6：电表中的处理器使用RAND分散因子产生临时会话密钥；
S7：电表中的处理器使用此临时会话密钥加密所述随机数RAND8，产生K2密文；
S8：电表中的处理器判断Kl密文是否符合K2密文；若符合，则通过电表的处理器建立主站设备与电表之间的一次会话；若不符合，则结束本次会话；
S9：通过电表处理器生成随机数RAND4并反馈给主站设备，用于本次会话过程中交互数据的加密；
S10：主站设备对随机数RAND4和数据使用与之相关的密钥计算出MAC，然后使用所述相关密钥对随机数RAND4、数据及MAC加密得到密文DEST，并将所述密文DEST传送给电表；
S11：电表处理器将密文DEST加以解密，判断MAC是否正确，若正确，则将解密DEST后的数据输入EEPROM存储器；若不正确，则结束本次会话；
S12：判断本次会话时间是否到达，若到达，则通过处理器擦除存储于EEPROM存储器中的随机数RAND4，若未到达，则返回至步骤S10；
S13：结束本次会话，且擦除全部的临时会话密钥。
所述的电力采集设备的安全费率控制方法中密钥的分散、存储、使用和加密算法包括：主密钥通过电表号分散后存储到电表内，实现了每台电表的密钥唯一；电表使用各生产厂家固定密钥加密电表密钥存储在EEPROM存储器芯片中，保证了电表密钥的安全；使用CPU卡与电表交互，建立会话时，通过软件控制加密算法，用卡号对主密钥分散，产生会话密钥，保证每张卡建立的会话密钥唯一；使用CPU卡与电表交互，建立会话后，通过软件产生随机数，并控制每次会话由随机数参与加解密，保证每次会话的加解密数据随机；CPU卡存储的密钥是通过表号和卡号二级分散，CPU卡内存储的是会话密钥，建立表与CPU卡对应的同时，保证每张CPU卡的密钥唯一；使用远端数据采集主站设备与电表交互，建立会话时，通过软件控制加密算法，主站设备对主密钥分散，产生会话密钥，保证每次建立的会话密钥随机；使用远端数据采集主站设备与电表交互，建立会话后，通过软件产生随机数，并控制每次会话由随机数参与加解密，保证每次会话的加解密数据随机；处理器调用软件加密算法（或处理器内嵌的硬件加密算法），对电表与插入的CPU卡和通信数据进行相互认证建立会话和加解密交互，保证数据安全传输到电表内。加密算法可采用国际公认的DES、3DES、AES等。
所述的电力采集设备的安全费率控制方法的安全性特点在于：加密算法采用公开论证过的算法，保证算法安全；每台电表密钥唯一，即使某台电表密钥被破解，不影响其他电表的密钥安全；电表与CPU卡相互对应后，每张卡只能在某台电表上使用，当一台电表使用两张卡时，由于卡内存储的是唯一的会话密钥，一张卡密钥被破解，不影响该电表的其他卡密钥安全；存储在EEPROM的密钥是密文，保证拆开电表后该电表密钥的安全；使用CPU卡或通信接口与电表交互时，密钥和数据引入了随机数的参与，保证交互过程不能被复制，保证数据安全；建立会话后，数据交互时，首先计算数据的校验码（MAC），再对数据和校验码进行加密，密文交互，保证交互数据的私密性。

Claims (10)

1.一种电力采集设备的安全费率控制方法，基于一个费率控制电力采集设备加以实现，包括处理器、EEPROM存储器以及通信接口，所述处理器通过通信接口与外部数据设备加以通信耦合，并将数据存储于EEPROM存储器中，其特征在于：进一步包括内嵌于所述处理器的加密算法，用于所述外部数据设备与处理器之间的安全耦合，其中所述安全费率控制方法包括步骤：
S1：将所述外部数据设备与费率控制电力采集设备通过所述通信接口加以通信连接；
S2：所述外部设备使用序列数RAND分散因子产生临时会话密钥，所述序列数RAND为通过所述处理器控制外部数据设备生成的随机数或外部数据设备本身的标识序列数；
S3：所述处理器控制外部数据设备生成随机数RAND8，所述外部数据设备使用所述临时会话密钥加密所述随机数RAND8，生成Kl密文；
S4：所述外部数据设备通过其通信接口将RAND、RAND8及Kl密文发送给所述费率控制电力采集设备；
S5：通过所述处理器使用RAND分散因子产生临时会话密钥；
S6：通过所述处理器使用此临时会话密钥加密所述随机数RAND8，产生K2密文；
S7：通过所述处理器判断Kl密文是否符合K2密文；
S8：若Kl密文符合K2密文，则通过所述处理器建立所述外部数据设备与费率控制电力采集设备之间的一次会话。
2. 根据权利要求1所述的电力采集设备的安全费率控制方法，其特征在于：在步骤S7与S8之间进一步包括步骤：若Kl密文符合K2密文，则通过所述处理器生成随机数RAND4并反馈给外部数据设备，用于本次会话过程中交互数据的加密。
3.根据权利要求2所述的电力采集设备的安全费率控制方法，其特征在于进一步包括步骤：通过外部数据设备对随机数RAND4和数据使用与所述数据相关的密钥计算出MAC，然后使用所述相关密钥对随机数RAND4、数据及MAC加密得到密文DEST，并将所述密文DEST发送给所述处理器。
4.根据权利要求3所述的电力采集设备的安全费率控制方法，其特征在于：对于不同的数据类型使用相对应的密钥。
5.根据权利要求3所述的电力采集设备的安全费率控制方法，其特征在于进一步包括步骤：通过所述处理器将密文DEST加以解密。
6.根据权利要求3所述的电力采集设备的安全费率控制方法，其特征在于进一步包括步骤：在本次会话结束后，通过所述处理器擦除存储于所述EEPROM存储器中的随机数RAND4。
7.根据权利要求1所述电力采集系统的安全费率控制方法，其特征在于：所述外部数据设备是一个CPU卡，所述费率控制电力采集设备设置有电气容纳所述CPU卡的设备。
8.根据权利要求1所述电力采集设备的安全费率控制方法，其特征在于：所述外部数据设备是一个远端数据采集主站设备。
9.根据权利要求1所述电力采集设备的安全费率控制方法，其特征在于：所述加密算法为软件加密算法或简单硬件电路。
10.根据权利要求9所述电力采集设备的安全费率控制方法，其特征在于：所述加密算法为国际公认的DES、3DES或AES加密算法。
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