CN108769986A - 一种gprs远传燃气表加密通信方法 - Google Patents

一种gprs远传燃气表加密通信方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种GPRS远传燃气表加密通信方法，包括燃气表在将抄表信息进行数据加密上报至抄表平台服务器时，首先判断自身是否收到过抄表平台服务器下发的密钥，若否，则使用所述根密钥对抄表信息进行加密；若收到过抄表平台服务器下发的密钥，则使用抄表平台服务器下发的密钥对抄表信息进行加密。本发明通过固定密钥与随机密钥相结合的对称加密方法，在保证数据传输过程中的安全性的基础上，交互过程也较为简化，提高了传输效率和稳定性。

Description

一种GPRS远传燃气表加密通信方法
技术领域
本发明涉及燃气表技术领域，具体而言，是一种GPRS远传燃气表加密通信方法。
背景技术
随着社会的高速发展，城乡居民生活的迅速提高以及城乡煤改气工程的大力推进，居民生活对城市燃气的需求越来越强烈，天然气的使用量逐年增加。目前，针对每一燃气用户均设置有相应的远传燃气表，燃气用户只需要预先购买一定量的天然气，将购气信息写入燃气表系统中，即可使用城市燃气管道中提供的燃气。
用户通过智能手机终端完成购气操作，手机终端通过3G、4G或WiFi等业务系统通信；目前远传燃气表主要有GPRS燃气表；GPRS燃气表需要与抄表平台进行交互，GPRS燃气表把抄表数据上传到抄表平台，同时抄表平台会下发控制指令给燃气表。在此过程中，数据通信的安全性问题是一个很大的难点：首先，在无安全措施的情况下，数据传输过程中存在轻易被截取、复制、重复写入等安全隐患；其次，因远传燃气表控制器硬件性能限制，不支持过于复杂的非对称加密算法；并且，使用简单对称加密算法的话仅仅增加了有限的破解难度。
现有技术常用的加密方式中，采用固定密钥加解密，加解密算法采用AES算法进行安全通信，表端和后端业务系统都统一采用固定密钥，燃气表在生产过程中灌入固定密钥；该加密方式中，固定密钥为对称加密，采用一表一钥的方式，一般这种方式仅仅能够增加有限的破解难度，交互过程中加密简单，容易被破解，安全度低。
有鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的目的是提供一种GPRS远传燃气表加密通信方法，在保证数据传输安全性的同时，保证传输效率和稳定性。
为了实现上述目的，本发明提供的一种GPRS远传燃气表加密通信方法，在燃气表侧，包括如下步骤：
燃气表存储根密钥；
燃气表向抄表平台服务器发起通信连接请求；
与抄表平台服务器建立连接后，向抄表平台服务器发送包括表号的认证信息以请求抄表平台服务器进行认证；
接收抄表平台服务器返回的认证通过信息后，将抄表信息进行数据加密，加密后发送至抄表平台服务器；
其中，进行所述将抄表信息进行数据加密时，燃气表首先判断自身是否收到过抄表平台服务器下发的密钥，若否，则使用所述根密钥对抄表信息进行加密；若收到过抄表平台服务器下发的密钥，则使用抄表平台服务器下发的密钥对抄表信息进行加密。
进一步的，上述的GPRS远传燃气表加密通信方法中：还包括，接收所述抄表平台服务器下发的密钥，该密钥为随机密钥；之后禁用所述根密钥，使用随机密钥对所述抄表信息进行加密。
进一步的，上述的GPRS远传燃气表加密通信方法中：所述随机密钥由抄表平台服务器生成；随机密钥为对称密钥，在所述抄表平台服务器和燃气表中存储。
对应的，本发明一种GPRS远传燃气表加密通信方法，在抄表平台服务器侧，包括如下步骤：
预先存储燃气表的根密钥；
接收燃气表发起的通信连接请求以建立通信连接；
接收燃气表发送的包括表号的认证信息并进行认证识别；
接收认证通过的燃气表发送的经过加密的抄表信息，并进行解密；
其中，若进行解密时是通过所述根密钥对所述抄表信息进行解密，则抄表平台服务器生成随机密钥并存储，以及将所述随机密钥下发至燃气表。
另一方面，本发明还提供一种远传燃气表，远传燃气表本体中包括控制器和存储介质，存储介质中存储有程序和根密钥，程序被控制器运行时执行如下动作：
燃气表向抄表平台服务器发起通信连接请求；
与抄表平台服务器建立连接后，向抄表平台服务器发送包括表号的认证信息以请求抄表平台服务器进行认证；
接收抄表平台服务器返回的认证通过信息后，将抄表信息进行数据加密，加密后发送至抄表平台服务器；
其中，进行所述将抄表信息进行数据加密时，燃气表首先判断自身是否收到过抄表平台服务器下发的密钥，若否，则使用所述根密钥对抄表信息进行加密；若收到过抄表平台服务器下发的密钥，则使用抄表平台服务器下发的密钥对抄表信息进行加密。
进一步的，上述的远传燃气表中：程序被控制器运行时还执行如下动作：
接收所述抄表平台服务器下发的密钥，该密钥为随机密钥；之后禁用所述根密钥，使用随机密钥对所述抄表信息进行加密。
进一步的，上述的远传燃气表中：所述随机密钥由抄表平台服务器生成；随机密钥为对称密钥，在所述抄表平台服务器和燃气表中对应存储。
对应地，本发明还提供了一种抄表平台服务器，包括处理器和存储介质，存储介质中存储有程序和燃气表的根密钥，程序被处理器运行时执行如下步骤：
接收燃气表发起的通信连接请求以建立通信连接；
接收燃气表发送的包括表号的认证信息并进行认证识别；
接收认证通过的燃气表发送的经过加密的抄表信息，并进行解密；
其中，若进行解密时是通过所述根密钥对所述抄表信息进行解密，则抄表平台服务器生成随机密钥并存储，以及将所述随机密钥下发至燃气表。
本发明还提供了一种存储有权上述的远传燃气表中的所述程序的存储介质。
本发明还提供了一种存储有上述的抄表平台服务器中的所述程序的存储介质。
本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：
本发明通过固定密钥与随机密钥相结合的对称加密方法，在保证数据传输过程中的安全性的基础上，交互过程也较为简化，提高了传输效率和稳定性。
附图说明
图1为本发明一种GPRS远传燃气表加密通信方法中燃气表与抄表平台服务器交互示意图；
图2为本发明一种GPRS远传燃气表加密通信方法中燃气表与抄表平台服务器的工作流程图；
图3为本发明一种远传燃气表的结构框图；
图4为本发明一种抄表平台服务器的结构框图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式以及附图对本发明进行进一步阐述，以方便本领域技术人员理解本发明的技术方案。
如图1-2所示，一种GPRS远传燃气表加密通信方法，主要用于保证智能燃气表与后端业务系统(主要指抄表平台)通信的安全性，同时降低加密算法繁琐的交互过程，使得燃气表与抄表平台的过程中，对敏感信息进行动态加密处理；交互过程涉及智能燃气表与抄表平台服务器的通信传输，需说明，本发明技术方案下文出现的“燃气表”也指的是“智能燃气表”，故应当具备通过电子电路实现的采集燃气数据、控制处理以及存储功能，还具有远程传输功能。
本发明方法包括：为智能燃气表分配根密钥，一表一密钥，具有唯一性；燃气表生产时即分配密钥并存储，并且该根密钥还对应存储到抄表平台服务器中。根密钥优选采用128bit密钥，本文简记为“0号密钥”。
实施例1
本发明GPRS远传燃气表加密通信方法在燃气表侧，包括如下步骤：
S1.燃气表定时自动或通过人工按键触发向抄表平台服务器发起通信连接请求；通信方式采用TCP通信一问一答的方式；
S2.与抄表平台服务器建立连接后，向抄表平台服务器发送表号以请求抄表平台服务器进行认证；该步骤中，燃气表通过自身的表号作为身份识别码向该抄表平台服务器请求身份认证识别；燃气表的表号分配属于本领域成熟技术，此处不再赘述，燃气表的表号存储在抄表平台服务器中，在收到燃气表发送的上述认证请求后进行表号识别。
S3.接收抄表平台服务器返回的认证通过信息后，将抄表信息进行数据加密，加密后发送至抄表平台服务器，以及接收抄表平台服务器的抄表应答信息；
其中，S31.进行所述将抄表信息进行数据加密时，燃气表首先判断自身是否收到过抄表平台服务器下发的密钥，若否，则使用所述根密钥对抄表信息进行加密，加密后的数据上报至抄表平台服务器。
S32.燃气表进行所述将抄表信息进行数据加密过程中，还包括，接收抄表平台服务器发送的随机密钥，并禁用根密钥，使用随机密钥对所述抄表信息进行加密，加密后的信息上报至所述抄表平台服务器。该步骤中，随机密钥由抄表平台服务器生成，随机密钥为对称密钥，抄表平台服务器将上述随机密钥下发至燃气表，使随机密钥存储在燃气表和抄表平台服务器中以分别进行数据的对称加密和解密。本发明中优选采用8组随机密钥，也可以是16组，但不限于此数量，8组随机密钥简记为1-8号密钥；该1-8号密钥由抄表平台服务器生成，并下发至燃气表中存储。燃气表获取1-8号密钥后，禁用0号密钥，燃气表可随机使用1-8号密钥中任意一组随机密钥对要上报的抄表信息进行加密，加密后的信息上报抄表平台服务器后，该服务器使用同样的密钥进行解密。
S4.抄表信息上传后，接收抄表平台服务器返回的上传应答，主动断开与抄表平台服务器的通信连接。
实施例2
对应的，本发明PRS远传燃气表加密通信方法在抄表平台服务器侧，参考图1-2，包括如下步骤：
D1.接收燃气表发送的通信连接请求，并建立连接；
D2.接收燃气表发送的包含该燃气表表号信息的认证请求，对认证请求中的表号进行认证识别；在该步骤中，抄表平台服务器中预先存储有其管理的所有燃气表的表号，形成表号数据库，在收到上述认证请求后将表号与数据库中的表号匹配识别。匹配到相应的表号则认证通过，若否则认证失败；认证结果返回至燃气表中。
D3.接收燃气表发送的经过加密后的抄表信息，并进行解密。
D31.对为该抄表信息进行加密的密钥进行识别；该识别的过程可以视为是解密的过程，由于本发明采用对称密钥加密，则通过能够解密该抄表信息的密钥判断出加密的密钥。
D32.如果抄表平台服务器识别出所述抄表信息的加密密钥为根密钥，则生成随机密钥存储，并将随机密钥下发至燃气表。
该步骤一般发生在燃气表第一次向抄表平台服务器上报信息时。燃气表第一次向抄表平台服务器上报信息时，由于没有获得该服务器下发的随机密钥，则会使用根密钥进行数据加密；根密钥是自燃气表出厂前写入燃气表存储区域中的，并且抄表平台服务器也预先存储该根密钥。
抄表平台服务器识别出抄表信息为根密钥加密后，生成随机密钥并存储；本发明实施例中优选采用8组对称密钥，也可以是16组，但不限于此数量；生成随机密钥后，还生成下发随机密钥指令放入<datastore>指令队列中，服务器通过loop系统循环发送上述指令，逐一将各组随机密钥发送至燃气表；上述指令全部发送完毕后，抄表平台服务器发送断网指令至燃气表以使燃气表主动断开与抄表平台服务器的连接。
D4.收到燃气表通过随机密钥加密后的抄表信息后或者上述下发随机密钥指令发送完毕后，发送断网指令至燃气表以使燃气表主动断开与抄表平台服务器的连接。
本发明方法中，涉及的加解密过程均采用AES算法实现，此为本领域成熟技术，不再赘述。
本发明通过固定密钥与随机密钥相结合的对称加密方法，在保证数据传输过程中的安全性的基础上，交互过程也较为简化，提高了传输效率和稳定性。
本发明方法中，在燃气表端让燃气表先进行自我具有密钥识别，没有收到随机密钥则使用根密钥的原则，自动完成加密上报；在抄表平台服务器侧让该服务器先接收上报信息解密识别，如该上报信息的加密为根密钥则自动生成随机密钥并下发至燃气表；因而，本发明燃气表无需在上报抄表信息前与抄表平台服务器交互协商使用何种密钥，抄表平台服务器根据收到的上报信息自动识别判断是否向燃气表下发随机密钥；本发明这种不需要经过动态协商密钥的对称加密算法，采用一表多钥的方式的同时，大大简化了交互过程，加强了数据传输的稳定性。
实施例3
本发明还提供了一种远传燃气表，需说明，本发明该远传燃气表为智能燃气表，具备现有技术中燃气表的应有功能(包括但不限于：燃气量的累计、读取、远程上传等功能)，即应当至少具备通过电子电路实现的采集数据、控制处理以及存储等功能。
如图3所示，远传燃气表本体100中包括控制器101和存储介质102，存储介质102中存储有程序和根密钥，程序被控制器101运行时执行如下动作：
燃气表向抄表平台服务器发起通信连接请求；
与抄表平台服务器建立连接后，向抄表平台服务器发送包括表号的认证信息以请求抄表平台服务器进行认证；
接收抄表平台服务器返回的认证通过信息后，将抄表信息进行数据加密，加密后发送至抄表平台服务器；
其中，进行所述将抄表信息进行数据加密时，燃气表首先判断自身是否收到过抄表平台服务器下发的密钥，若否，则使用所述根密钥对抄表信息进行加密；若收到过抄表平台服务器下发的密钥，则使用抄表平台服务器下发的密钥对抄表信息进行加密。
程序被控制器101运行时还执行如下动作：
接收所述抄表平台服务器下发的密钥，该密钥为随机密钥；之后禁用所述根密钥，使用随机密钥对所述抄表信息进行加密。随机密钥为对称密钥，所述随机密钥由抄表平台服务器生成并存储在该服务器中且下发至燃气表中存储。
该远传燃气表用于实现本发明上述的GPRS远传燃气表加密通信方法中在燃气表侧的步骤，具体实施原理和方式可参考实施例1中的描述。
实施例4
本发明还提供了一种抄表平台服务器200，如图4所示，包括处理器201和存储介质202，存储介质202中存储有程序和燃气表的根密钥，程序被处理器201运行时执行如下步骤：
接收燃气表发起的通信连接请求以建立通信连接；
接收燃气表发送的包括表号的认证信息并进行认证识别；
接收认证通过的燃气表发送的经过加密的抄表信息，并进行解密；
其中，若进行解密时是通过所述根密钥对所述抄表信息进行解密，则抄表平台服务器生成随机密钥并存储，以及将所述随机密钥下发至燃气表。
该抄表平台服务器用于实现本发明上述的GPRS远传燃气表加密通信方法中在抄表平台服务器侧的步骤，具体实施原理和方式可参考实施例2中的描述。
实施例5
本发明还提供了一种存储有实施例3中阐述的远传燃气表中的所述程序的存储介质，以辅助实施上述实施例1中GPRS远传燃气表加密通信方法中在燃气表侧的步骤。
实施例6
本发明还提供了一种存储有实施例4中阐述的抄表平台服务器中的所述程序的存储介质，以辅助实施上述实施例2中GPRS远传燃气表加密通信方法中在抄表平台服务器侧的步骤。
本发明中涉及的所述存储介质包括所有形式的非易失性存储器、介质和存储器设备，包括例如：半导体存储器设备，如EPROM、EEPROM和闪存设备；磁盘，如内置硬盘或可移除盘；磁光盘；以及CD ROM和DVD-ROM盘；在本发明不同实施例中涉及的存储介质可根据本领域常识选用适当种类的存储介质。
本文中应用了具体个例对发明构思进行了详细阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离该发明构思的前提下，所做的任何显而易见的修改、等同替换或其他改进，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种GPRS远传燃气表加密通信方法，在燃气表侧，其特征在于：包括如下步骤：
燃气表存储根密钥；
燃气表向抄表平台服务器发起通信连接请求；
与抄表平台服务器建立连接后，向抄表平台服务器发送包括表号的认证信息以请求抄表平台服务器进行认证；
接收抄表平台服务器返回的认证通过信息后，将抄表信息进行数据加密，加密后发送至抄表平台服务器；
其中，进行所述将抄表信息进行数据加密时，燃气表首先判断自身是否收到过抄表平台服务器下发的密钥，若否，则使用所述根密钥对抄表信息进行加密；若收到过抄表平台服务器下发的密钥，则使用抄表平台服务器下发的密钥对抄表信息进行加密。
2.根据权利要求1所述的GPRS远传燃气表加密通信方法，其特征在于：还包括，接收所述抄表平台服务器下发的密钥，该密钥为随机密钥；之后禁用所述根密钥，使用随机密钥对所述抄表信息进行加密。
3.根据权利要求2所述的GPRS远传燃气表加密通信方法，其特征在于：所述随机密钥由抄表平台服务器生成；随机密钥为对称密钥，在所述抄表平台服务器和燃气表中存储。
4.一种GPRS远传燃气表加密通信方法，在抄表平台服务器侧，其特征在于：包括如下步骤：
预先存储燃气表的根密钥；
接收燃气表发起的通信连接请求以建立通信连接；
接收燃气表发送的包括表号的认证信息并进行认证识别；
接收认证通过的燃气表发送的经过加密的抄表信息，并进行解密；
其中，若进行解密时是通过所述根密钥对所述抄表信息进行解密，则抄表平台服务器生成随机密钥并存储，以及将各所述随机密钥下发至燃气表。
5.一种远传燃气表，远传燃气表本体中包括控制器和存储介质，其特征在于：存储介质中存储有程序和根密钥，程序被控制器运行时执行如下动作：
燃气表向抄表平台服务器发起通信连接请求；
与抄表平台服务器建立连接后，向抄表平台服务器发送包括表号的认证信息以请求抄表平台服务器进行认证；
接收抄表平台服务器返回的认证通过信息后，将抄表信息进行数据加密，加密后发送至抄表平台服务器；
其中，进行所述将抄表信息进行数据加密时，燃气表首先判断自身是否收到过抄表平台服务器下发的密钥，若否，则使用所述根密钥对抄表信息进行加密；若收到过抄表平台服务器下发的密钥，则随机采用抄表平台服务器下发的密钥中其中一组对抄表信息进行加密。
6.根据权利要求6所述的远传燃气表，其特征在于：程序被控制器运行时还执行如下动作：
接收所述抄表平台服务器下发的密钥，该密钥为随机密钥；之后禁用所述根密钥，使用随机密钥对所述抄表信息进行加密。
7.根据权利要求7所述的远传燃气表，其特征在于：所述随机密钥由抄表平台服务器生成；随机密钥为对称密钥，在所述抄表平台服务器和燃气表中存储。
8.一种抄表平台服务器，其特征在于：包括处理器和存储介质，存储介质中存储有程序和燃气表的根密钥，程序被处理器运行时执行如下步骤：
接收燃气表发起的通信连接请求以建立通信连接；
接收燃气表发送的包括表号的认证信息并进行认证识别；
接收认证通过的燃气表发送的经过加密的抄表信息，并进行解密；
其中，若进行解密时是通过所述根密钥对所述抄表信息进行解密，则抄表平台服务器生成随机密钥并存储，以及将所述随机密钥下发至燃气表。
9.一种存储有权利要求5-7任一项所述的远传燃气表中的所述程序的存储介质。
10.一种存储有权利要求8所述的抄表平台服务器中的所述程序的存储介质。
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