CN113068164A - 一种基于蓝牙通信的配电终端本地安全运维方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于蓝牙通信的配电终端本地安全运维方法及系统，属于电力物联网技术领域。本发明方法，包括：针对现场运维工具，对现场运维工具外接蓝牙Ukey，并以预设的连接方式，对运维工具使用蓝牙Ukey与配电终端建立蓝牙通信方式；对蓝牙Ukey的蓝牙芯片与配电终端的蓝牙芯片进行蓝牙加密匹配；蓝牙配对完成后，控制运维工具与配电终端的运维业务操作。本发明可以有效解决配电终端、智能终端通过蓝牙通信方式进行运维的过程中面临的非法设备接入问题。

Description

一种基于蓝牙通信的配电终端本地安全运维方法及系统
技术领域
本发明涉及电力物联网技术领域，并且更具体地，涉及一种基于蓝牙通信的配电终端本地安全运维方法及系统。
背景技术
我国配电网覆盖区域广、架空线路多，当前存在就地运维需求的配电终端(简称“终端”)主要包括安装于架空线路的馈线终端FTU、故障指示器等，以及位于环网柜中的站所终端(DTU)等。目前，按照国网公司配电自动化系统网络安全防护要求，配电终端本地运维仅能通过串口方式开展，FTU、故障指示器需要爬杆运维，DTU需要开柜运维，现场检修工作量巨大，终端运维成本高。
为解决基于串口线连接的有线运维模式存在的接线程序复杂、带电操作导致安全风险等问题，需引入一种连接简单、运维便捷、规避带电操作的无线通信运维方式，但无线通信具有开放性的特点，存在非法接入、数据易泄漏等影响电力稳定运行的安全隐患。因此有必要在配电终端无线运维过程中引入安全机制，确保终端设备不被非法接入，以及整个运维过程安全可靠。目前应用比较广泛的短距离无线通信技术，包括蓝牙、WiFi、ZigBee、微功率无线。经过对几种无线通信技术的分析，蓝牙通信技术具有抗干扰能力强、传输速率快、功耗低、安全协议可定制等特点，可有效限制运维范围，减少非法运维工具的恶意攻击。因此本专利采用蓝牙方式进行终端就地无线运维。蓝牙技术提供了一种短距离的无线通信标准，在各个信息设备之间可以实现方便快捷、低成本低功耗的数据传输，但其传输过程中非常容易受到攻击，因此安全机制在蓝牙技术中尤为重要。
目前，配电终端现场运维业务主要依赖各终端生产商完成，在运维工具的身份认证、访问控制措施方面标准不一，访问控制强度参差不齐，可能导致非授权设备接入终端，进而修改终端参数，甚至对终端发起逆向、提权等攻击行为，通过控制终端来进攻配电主站。
发明内容
针对上述问题，本发明提出了一种基于蓝牙通信的配电终端本地安全运维方法，包括：
针对现场运维工具，对现场运维工具外接蓝牙Ukey，并以预设的连接方式，对运维工具使用蓝牙Ukey与配电终端建立蓝牙通信方式；
对蓝牙Ukey的蓝牙芯片与配电终端的蓝牙芯片进行蓝牙加密匹配；
蓝牙配对完成后，控制运维工具与配电终端的运维业务操作。
可选的，蓝牙Ukey用于安全证书存储、身份认证、数据加密功能及与配电终端的蓝牙加密配对；
蓝牙Ukey，使用USB和蓝牙通信方式。
可选的，对蓝牙Ukey的蓝牙芯片与配电终端的蓝牙芯片进行蓝牙加密匹配，包括：
控制配电终端的蓝牙芯片取随机数作为PIN码，对PIN码进行加密获取PIN码密文，并对PIN码密文进行广播；
确定运维工具选择待连接的配电终端，控制运维蓝牙Ukey的蓝牙芯片接收广播的PIN码密文，对PIN码密文进行解密获取PIN码；
对PIN码进行验证，验证成功后，进行匹配。
可选的，蓝牙配对完成后，运维工具向配电终端发起配对请求，配电终端接收请求后，建立蓝牙通道；
通过蓝牙通道，运维工具向配电终端发出身份认证请求，当配电终端对运维工具的身份完成认证后，运维工具与配电终端的进行运维业务操作。
本发明还提出了一种基于蓝牙通信的配电终端本地安全运维系统，包括：
通信单元，以预设的连接方式对运维工具使用蓝牙Ukey与配电终端建立蓝牙通信方式；
匹配单元，对蓝牙Ukey的蓝牙芯片与配电终端的蓝牙芯片进行蓝牙加密匹配；
运维操作单元，确定蓝牙配对完成后，控制运维工具与配电终端的运维业务操作。
可选的，蓝牙Ukey用于安全证书存储、身份认证、数据加密功能及与配电终端的蓝牙加密配对；
蓝牙Ukey，使用USB和蓝牙通信方式。
可选的，对蓝牙Ukey的蓝牙芯片与配电终端的蓝牙芯片进行蓝牙加密匹配，包括：
控制配电终端的蓝牙芯片取随机数作为PIN码，对PIN码进行加密获取PIN码密文，并对PIN码密文进行广播；
确定运维工具选择待连接的配电终端，控制运维蓝牙Ukey的蓝牙芯片接收广播的PIN码密文，对PIN码密文进行解密获取PIN码；
对PIN码进行验证，验证成功后，进行匹配。
可选的，蓝牙配对完成后，运维工具向配电终端发起配对请求，配电终端接收请求后，建立蓝牙通道；
通过蓝牙通道，运维工具向配电终端发出身份认证请求，当配电终端对运维工具的身份完成认证后，运维工具与配电终端的进行运维业务操作。
可选的，蓝牙Ukey外接运维工具。
本发明可以有效解决配电终端、智能终端通过蓝牙通信方式进行运维的过程中面临的非法设备接入问题。
附图说明
图1为本发明方法的流程图；
图2为本发明方法的配电终端与运维工具的连接示意图；
图3为本发明方法的加密匹配流程图；
图4为本发明方法的安全认证流程图；
图5为本发明方法的蓝牙Ukey的蓝牙芯片结构图；
图6为本发明系统的结构图。
具体实施方式
现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。
除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。
针对上述问题，本发明提出了一种基于蓝牙通信的配电终端本地安全运维方法，如图1所示，包括：
针对现场运维工具，对现场运维工具外接蓝牙Ukey，并以预设的连接方式，对运维工具使用蓝牙Ukey与配电终端建立蓝牙通信方式；
对蓝牙Ukey的蓝牙芯片与配电终端的蓝牙芯片进行蓝牙加密匹配；
蓝牙配对完成后，控制运维工具与配电终端的运维业务操作。
其中，蓝牙Ukey用于安全证书存储、身份认证、数据加密功能及与配电终端的蓝牙加密配对；
蓝牙Ukey，使用USB和蓝牙通信方式。
其中，对蓝牙Ukey的蓝牙芯片与配电终端的蓝牙芯片进行蓝牙加密匹配，包括：
控制配电终端的蓝牙芯片取随机数作为PIN码，对PIN码进行加密获取PIN码密文，并对PIN码密文进行广播；
确定运维工具选择待连接的配电终端，控制运维蓝牙Ukey的蓝牙芯片接收广播的PIN码密文，对PIN码密文进行解密获取PIN码；
对PIN码进行验证，验证成功后，进行匹配。
其中，蓝牙配对完成后，运维工具向配电终端发起配对请求，配电终端接收请求后，建立蓝牙通道；
通过蓝牙通道，运维工具向配电终端发出身份认证请求，当配电终端对运维工具的身份完成认证后，运维工具与配电终端的进行运维业务操作。
下面结合实施例对本发明进行进一步的说明：
配电终端的现场运维工作由专用的运维工具完成，运维工具一般安装于笔记本电脑、平板电脑上，Windows、Linux操作系统居多。本发明沿用当前运维工具的安装方式，并为运维工具颁发蓝牙Ukey，蓝牙Ukey用于激活运维工具软件，是登录运维软件的口令，此外，在配电终端嵌入安全蓝牙模块，在配电终端与运维工具进行蓝牙配对过程中，融合国产商用密码算法，实现配电终端与运维工具的蓝牙加密配对，如图2所示。
运维工具外接的蓝牙Ukey由当前配电终端证书管理工具的安全Ukey升级而来，同时具备原安全Ukey的证书存储、身份认证、数据加密功能，扩展了蓝牙加密配对功能。外接蓝牙Ukey同时支持USB和蓝牙两种通信方式，集成了支持蓝牙通信标准的通信芯片和支持国产商用密码算法的安全芯片，可同时满足串口运维和无线蓝牙运维的安全要求，支持Windows和Android两种操作系统。
运维工具和配电终端之间通过安全蓝牙模块实现蓝牙安全配对，在蓝牙通道上对运维数据进行加密传输，安全匹配过程如图3所示，配电终端蓝牙芯片作为从设备，对外发出广播信号时，PIN码通过蓝牙芯片内的算法单元加密，运维工具蓝牙芯片作为主设备，在收到从设备广播信号后，先调用蓝牙芯片内的算法单元解密PIN码密文，然后验证PIN码的正确性，该配对机制调用具有国密SM1算法功能的算法单元加密配对PIN码，确保了蓝牙配对PIN码的安全性，可有效阻止普通蓝牙设备对电力设备的接入，保障配电终端的稳定运行。
安全配对成功后，运维工具与配电终端安全交互流程如图4所示。
(1)运维工具通过运维工具Ukey向配电终端发起蓝牙配对请求，双方安全蓝牙模块启动配对流程，完成互相认证后配对成功(配对过程介入安全认证机制)；
(2)蓝牙安全配对完成后，运维工具向终端发起身份认证(运维工具Ukey与终端内置配电专用安全芯片之间的身份认证)；
(3)配电终端完成对运维工具的单向身份认证，认证失败则不处理业务数据，认证成功则在建立的蓝牙通道基础上开展业务操作。
蓝牙芯片结构如图5所示。
芯片外部提供3.3V直流供电，通过PMU和LDO构成的电源系统转换成系统内部的1.2V、1.8V等电压等级，芯片内部有64K RAM、512K ROM，ARM内核通过APB总线连接SPI、UART、ADC、外部中断、IO状态等接口，内核通过OCP Bus总线连接射频收发控制单元，实现蓝牙射频信号的发送和接收。
32KHz晶振用于系统休眠时钟，40MHz晶振用于系统工作时钟，APB总线对外提供SPI、UART多种通讯接口，用于集成到终端设备上，算法单元具有SM1、SM2、SM3、SM4、SM7等国密算法的硬发生机制，通过APB总线集成到蓝牙芯片内，极大提升了蓝牙与算法单元的通讯速率。
相比于普通蓝牙芯片，此款蓝牙芯片有如下优势，蓝牙芯片与算法单元等安全模块相集成，节省了线路布局，缩减了硬件体积，对外仍是一颗独立的蓝牙芯片，便于集成到配电终端设备上，蓝牙芯片进行配对时，PIN码经过算法单元加密，有效提高了蓝牙连接的安全性，避免了配电终端被普通蓝牙设备接入，确保电力设备的稳定运行。
通过本发明的应用及推广，一方面可以通过采用基于蓝牙的近距离无线通信方式代替当前串口通信方式对配电终端进行运维，减少配电终端有线运维方式带来的不便及带电作业的不安全因素；另一方面，通过对配电终端与运维工具蓝牙配对过程进行基于国密算法的加密，可以有效解决配电终端、智能终端通过蓝牙通信方式进行运维的过程中面临的非法设备接入问题。
本发明还提出了一种基于蓝牙通信的配电终端本地安全运维系统200，如图6所示，包括：
通信单元201，以预设的连接方式对运维工具使用蓝牙Ukey与配电终端建立蓝牙通信方式；
匹配单元202，对蓝牙Ukey的蓝牙芯片与配电终端的蓝牙芯片进行蓝牙加密匹配；
运维操作单元203，确定蓝牙配对完成后，控制运维工具与配电终端的运维业务操作。
其中，蓝牙Ukey用于安全证书存储、身份认证、数据加密功能及与配电终端的蓝牙加密配对；
蓝牙Ukey，使用USB和蓝牙通信方式。
其中，对蓝牙Ukey的蓝牙芯片与配电终端的蓝牙芯片进行蓝牙加密匹配，包括：
控制配电终端的蓝牙芯片取随机数作为PIN码，对PIN码进行加密获取PIN码密文，并对PIN码密文进行广播；
确定运维工具选择待连接的配电终端，控制运维蓝牙Ukey的蓝牙芯片接收广播的PIN码密文，对PIN码密文进行解密获取PIN码；
对PIN码进行验证，验证成功后，进行匹配。
其中，蓝牙配对完成后，运维工具向配电终端发起配对请求，配电终端接收请求后，建立蓝牙通道；
通过蓝牙通道，运维工具向配电终端发出身份认证请求，当配电终端对运维工具的身份完成认证后，运维工具与配电终端的进行运维业务操作。
其中，蓝牙Ukey外接运维工具。
本发明可以有效解决配电终端、智能终端通过蓝牙通信方式进行运维的过程中面临的非法设备接入问题。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。本申请实施例中的方案可以采用各种计算机语言实现，例如，面向对象的程序设计语言Java和直译式脚本语言JavaScript等。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (9)

1.一种基于蓝牙通信的配电终端本地安全运维方法，所述方法包括：
针对现场运维工具，对现场运维工具外接蓝牙Ukey，并以预设的连接方式，对运维工具使用蓝牙Ukey与配电终端建立蓝牙通信方式；
对蓝牙Ukey的蓝牙芯片与配电终端的蓝牙芯片进行蓝牙加密匹配；
蓝牙配对完成后，控制运维工具与配电终端的运维业务操作。
2.根据权利要求1所述的方法，所述蓝牙Ukey用于安全证书存储、身份认证、数据加密功能及与配电终端的蓝牙加密配对；
所述蓝牙Ukey，使用USB和蓝牙通信方式。
3.根据权利要求1所述的方法，所述对蓝牙Ukey的蓝牙芯片与配电终端的蓝牙芯片进行蓝牙加密匹配，包括：
控制配电终端的蓝牙芯片取随机数作为PIN码，对PIN码进行加密获取PIN码密文，并对PIN码密文进行广播；
确定运维工具选择待连接的配电终端，控制运维蓝牙Ukey的蓝牙芯片接收广播的PIN码密文，对PIN码密文进行解密获取PIN码；
对PIN码进行验证，验证成功后，进行匹配。
4.根据权利要求1所述的方法，所述蓝牙配对完成后，运维工具向配电终端发起配对请求，配电终端接收请求后，建立蓝牙通道；
通过蓝牙通道，运维工具向配电终端发出身份认证请求，当配电终端对运维工具的身份完成认证后，运维工具与配电终端的进行运维业务操作。
5.一种基于蓝牙通信的配电终端本地安全运维系统，所述系统包括：
通信单元，以预设的连接方式对运维工具使用蓝牙Ukey与配电终端建立蓝牙通信方式；
匹配单元，对蓝牙Ukey的蓝牙芯片与配电终端的蓝牙芯片进行蓝牙加密匹配；
运维操作单元，确定蓝牙配对完成后，控制运维工具与配电终端的运维业务操作。
6.根据权利要求5所述的系统，所述蓝牙Ukey用于安全证书存储、身份认证、数据加密功能及与配电终端的蓝牙加密配对；
所述蓝牙Ukey，使用USB和蓝牙通信方式。
7.根据权利要求5所述的系统，所述对蓝牙Ukey的蓝牙芯片与配电终端的蓝牙芯片进行蓝牙加密匹配，包括：
控制配电终端的蓝牙芯片取随机数作为PIN码，对PIN码进行加密获取PIN码密文，并对PIN码密文进行广播；
确定运维工具选择待连接的配电终端，控制运维蓝牙Ukey的蓝牙芯片接收广播的PIN码密文，对PIN码密文进行解密获取PIN码；
对PIN码进行验证，验证成功后，进行匹配。
8.根据权利要求5所述的系统，所述蓝牙配对完成后，运维工具向配电终端发起配对请求，配电终端接收请求后，建立蓝牙通道；
通过蓝牙通道，运维工具向配电终端发出身份认证请求，当配电终端对运维工具的身份完成认证后，运维工具与配电终端进行运维业务操作。
9.根据权利要求5所述的系统，所述蓝牙Ukey外接运维工具。
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CN117221886A (zh) * 2023-10-10 2023-12-12 广州金智技术有限公司 一种基于IPSec VPN蓝牙通信的配电终端远程运维方法及系统

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