CN113259345A - 一种智能配电网数据安全传输方法、系统和存储介质 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种智能配电网数据安全传输方法、系统和存储介质，该方法包括以下步骤：S 1：配电网中的信息采集终端采集原始数据K；S2：将原始数据K划分成若干个数据块后构建梅克尔树，计算出原始根哈希值；S3：对原始数据K进行加密处理；S4：加密处理的数据携带原始根哈希值传输到配电网控制中心；S5：接收到数据后对应进行解密处理；S6：解密后的数据按照步骤S2相同的划分方法分成若干个数据块，再次构建梅克尔树，计算新的根哈希值；S7：对比原始根哈希值与新的根哈希值，判断数据传输是否成功；本方案既能够保护配电网数据不被非法用户监听，还能够检测数据是否被人为恶意伪造或者篡改，有效提升配电网的信息安全性。

Description

一种智能配电网数据安全传输方法、系统和存储介质
技术领域
本发明属于智能配电网技术领域，具体涉及一种智能配电网数据安全传输方法、系统和存储介质。
背景技术
随着信息技术的飞速发展，传统配电网正在逐步被智能配电网所取代。如今智能家居、电动汽车、智能电表等大量配电终端引入智能配电网，需处理的配电数据呈指数式爆炸增长，信息通信网络内部面临着更多的恶意攻击，智能配电网中数据的保密性、完整性、抗攻击性等面临着新的挑战。
目前，配电网系统针对数据传输采取的安全防护措施主要是对数据进行加密保证数据不被监听泄露，但除了要保证电力信息不受外界的因素而泄露，还要防止人为恶意伪造或者篡改信息；现有技术难以发现智能配电网信息传输过程中是否被人为篡改，无法保证数据的完整性和准确性，存在信息安全隐患，容易出现用电信息泄露、偷电窃电等问题。
有鉴于此，本发明提供一种智能配电网数据安全传输方法、系统和存储介质，以解决现有技术中存在的缺陷，是非常有必要的。
发明内容
针对现有技术存在的缺陷，本发明提供一种智能配电网数据安全传输方法、系统和存储介质，对传输的数据进行加密防止信息被非法监听和泄露，然后检查数据是否缺失或被人为篡改，对接收数据的完整性和准确性进行认证，保证智能配电网的信息安全。
为实现上述目的，本发明给出以下技术方案：
第一方面，本发明提供一种智能配电网数据安全传输方法，包括以下步骤：
S1：配电网中的信息采集终端采集原始数据K；
S2：将原始数据K划分成若干个数据块后构建梅克尔树，计算出原始根哈希值；
S3：采用加密算法对原始数据K进行加密处理；
S4：加密处理的数据携带原始根哈希值传输到配电网控制中心；
S5：配电网控制中心接收到数据后对应进行解密处理；
S6：解密后的数据按照步骤S2相同的划分方法分成若干个数据块，再次构建梅克尔树，计算新的根哈希值；
S7：对比原始根哈希值与新的根哈希值是否相等，如果相等则数据传输成功，否则数据传输失败，配电网控制中心丢弃该数据。
作为优选，所述步骤S7完成后，配电网控制中心发送确认信息给信息采集终端，数据传输成功时发送成功，数据传输失败时发送失败并请求重新传输数据；通过该步骤信息采集终端能够及时获知数据传输是否成功，及时进行后续步骤。
作为优选，所述步骤S2包括以下步骤：
S201：将原始数据K划分成若干个数据块L1,L2,L3…LN，对数据块进行哈希运算M0i＝hash(Li)，i＝1,2,3…N；
S202：将N个数据块的哈希运算结果M0i作为叶子节点的哈希值，将两个相邻叶子节点的哈希值合并成一个字符串，该字符串的哈希运算结果作为上级节点的哈希值；如果底层的叶子节点总数是单数，则最后剩余的单个叶子节点直接进行哈希运算，运算结果作为上级节点的哈希值；
S203：依次向上合并得到新一级节点，合并到树根处得到根哈希值，记为原始根哈希值；
在梅克尔树中,任一数据块发生改变,随之对应的哈希运算结果发生改变,最后得到的根哈希值也会发生改变,通过步骤S2计算数据传输前的原始根哈希值,方便后续数据进行完整性和准确性认证。
作为优选，所述步骤S203完成后，将N个叶子节点的哈希值打包成一个数据包并存储该数据包；当接收端发现数据传输过程中发生改变，可以请求索要数据包，将接收端叶子节点的哈希值与数据包内数据进行对比，检索出哈希值改变的叶子节点，进一步得到传输过程中发生改变的数据块。
作为优选，所述步骤S3中采用RSA算法与DES算法相结合的方式对原始数据进行加密处理，先利用DES密钥对原始数据进行加密，然后利用RSA公钥对DES密钥进行加密；对应解密处理时，先利用RSA私钥解密得到DES密钥，然后利用DES密钥对加密数据进行解密；RSA算法的加密强度很高，被人攻克的可能性极小，但是计算量很大，加密解密速度慢，DES算法加密处理简单，加密解密速度快，但是密钥简单，安全性低，采用RSA算法与DES算法相结合的方式进行加密处理，能够保证加密数据的安全性，同时提高加密解密速度。
第二方面，本发明提供一种智能配电网数据安全传输系统，包括采集模块：配电网中的信息采集终端采集原始数据K；
原始数据计算模块：将原始数据K划分成若干个数据块后构建梅克尔树，计算出原始根哈希值；
加密模块：采用加密算法对原始数据K进行加密处理；
传输模块：加密处理的数据携带原始根哈希值传输到配电网控制中心；
解密模块：配电网控制中心接收到数据后对应进行解密处理；
接收数据计算模块：解密后的数据按照步骤S2相同的划分方法分成若干个数据块，再次构建梅克尔树，计算新的根哈希值；
认证模块：对比原始根哈希值与新的根哈希值是否相等，如果相等则数据传输成功，否则数据传输失败，配电网控制中心丢弃该数据。
作为优选，所述加密模块包括DES加密单元，所述DES加密单元连接RSA加密单元；所述解密模块包括RSA解密单元，所述RSA解密单元连接DES解密单元；
DES加密单元：利用DES密钥对原始数据进行加密；
RSA加密单元：利用RSA公钥对DES密钥进行加密；
RSA解密单元：利用RSA私钥解密得到DES密钥；
DES解密单元：利用DES密钥对加密数据进行解密；
采用DES加密单元与RSA加密单元相结合的方式进行加密处理，能够保证加密数据的安全性，同时提高加密解密速度。
第三方面，本发明提供一种计算机存储介质，所述计算机存储介质中存储有指令，当其在计算机上运行时，使得计算机执行上述方法。
第四方面，提供一种终端，包括：
处理器和存储器，其中，所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器用于从存储器中调用并运行该计算机程序，使得终端执行上述方法。
本发明的有益效果在于，信息采集终端为原始数据构建梅克尔树，计算原始根哈希值，对原始数据进行加密防止传输过程中被监听，出现信息泄露问题，数据传输到配电网控制中心后对应进行解密，解密后的数据按照与原始数据相同的方式再次构建梅克尔树，计算新的根哈希值；通过对比原始根哈希值与新的根哈希值判断数据在传输过程中是否发生改变，对传输后数据的完整性和准确性进行认证；本方案既能够保护配电网数据不被非法用户监听，防止用户的用电信息被泄露，还能够检测配电网数据是否被人为恶意伪造或者篡改，有效提升配电网的信息安全性。
由此可见，本发明与现有技术相比，具有突出的实质性特点和显著的进步，其实施的有益效果也是显而易见的。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例1提供的一种智能配电网数据安全传输方法的流程图。
图2是步骤S2中梅克尔树的结构框图。
图3是本发明实施例2提供的一种智能配电网数据安全传输系统的原理框图。
其中，1-采集模块，2-原始数据计算模块，3-加密模块，3.1-DES加密单元，3.2-RSA加密单元，4-传输模块，5-解密模块，5.1-RSA解密单元，5.2-DES解密单元，6-接收数据计算模块，7-认证模块。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
实施例1：
如图1所示，本实施例提供一种智能配电网数据安全传输方法，包括以下步骤：
S1：配电网中的信息采集终端进行相关数据采集得到原始数据K；
S2：将原始数据K划分成若干个数据块后构建梅克尔树，计算出原始根哈希值；
所述步骤S2包括以下步骤：
S201：将原始数据K划分成若干个数据块L1,L2,L3…LN，对数据块进行哈希运算Mi＝hash(Li)，i＝1,2,3…N；
S202：将N个数据块的哈希运算结果Mi作为叶子节点的哈希值，将两个相邻叶子节点的哈希值合并成一个字符串，该字符串的哈希运算结果作为上级节点的哈希值；如果底层的叶子节点总数是单数，则最后剩余的单个叶子节点直接进行哈希运算，运算结果作为上级节点的哈希值；
S203：依次向上合并得到新一级节点，合并到树根处得到根哈希值，记为原始根哈希值；
所述步骤S203完成后，将N个叶子节点的哈希值打包成一个数据包并存储该数据包；当接收端发现数据传输过程中发生改变，可以请求索要数据包，将接收端叶子节点的哈希值与数据包内数据进行对比，检索出哈希值改变的叶子节点，进一步得到传输过程中发生改变的数据块。
如图2所示，本实施例中将原始数据K划分为9个数据块，分别为L1、L2、L3、L3、L4、L5、L6、L7、L8、L9，对数据块分别进行哈希运算，其中M01＝hash(L1)，M02＝hash(L2)，M03＝hash(L3)，M04＝hash(L4)，M05＝hash(L5)，M06＝hash(L6)，M07＝hash(L7)，M08＝hash(L8)，M09＝hash(L9)；
根据叶子节点的哈希值M01、M02、M03、M04、M05、M06、M07、M08、M09计算上级节点的哈希值，其中M11＝hash(M01+M02),M12＝hash(M03+M04),M13＝hash(M05+M06),M14＝hash(M07+M08),M15＝hash(M09)，再根据M11、M12、M13、M14、M15计算上级节点的哈希值，其中M21＝hash(M11+M12)，M22＝hash(M13+M14)，M23＝hash(M15)，依次计算上级节点M31＝hash(M21+M22)，M32＝hash(M23)，最后得到根哈希值MROOT＝hash(M31+M32)，记为原始根哈希值；
将9个叶子节点的哈希值M01、M02、M03、M04、M05、M06、M07、M08、M09打包成数据包。
在梅克尔树中,任一数据块发生改变,随之对应的哈希运算结果发生改变,最后得到的根哈希值也会发生改变,通过步骤S2计算数据传输前的原始根哈希值,方便后续数据进行完整性和准确性认证。
S3：采用加密算法对原始数据K进行加密处理；
所述步骤S3中采用RSA算法与DES算法相结合的方式对原始数据进行加密处理，先利用DES密钥对原始数据进行加密，然后利用RSA公钥对DES密钥进行加密；对应解密处理时，先利用RSA私钥解密得到DES密钥，然后利用DES密钥对加密数据进行解密；RSA算法的加密强度很高，被人攻克的可能性极小，但是计算量很大，加密解密速度慢，DES算法加密处理简单，加密解密速度快，但是密钥简单，安全性低，采用RSA算法与DES算法相结合的方式进行加密处理，能够保证加密数据的安全性，同时提高加密解密速度。
S4：加密处理的数据携带原始根哈希值传输到配电网控制中心；
S5：配电网控制中心接收到数据后对应进行解密处理；
S6：解密后的数据按照步骤S2相同的划分方法分成若干个数据块，再次构建梅克尔树，计算新的根哈希值；
S7：对比原始根哈希值与新的根哈希值是否相等，如果相等则数据传输成功，否则数据传输失败，配电网控制中心丢弃该数据。
所述步骤S7完成后，配电网控制中心发送确认信息给信息采集终端，数据传输成功时发送成功，数据传输失败时发送失败并请求重新传输数据；通过该步骤信息采集终端能够及时获知数据传输是否成功，及时进行后续步骤。
实施例2：
如图3所示，本实施例提供一种智能配电网数据安全传输系统，包括
采集模块1：配电网中的信息采集终端进行相关数据采集得到原始数据K；
原始数据计算模块2：将原始数据K划分成若干个数据块后构建梅克尔树，计算出原始根哈希值；
加密模块3：采用加密算法对原始数据K进行加密处理；
所述加密模块3包括DES加密单元3.1，所述DES加密单元3.1连接RSA加密单元3.2；
DES加密单元3.1：利用DES密钥对原始数据进行加密；
RSA加密单元3.2：利用RSA公钥对DES密钥进行加密；
采用DES加密单元3.1与RSA加密单元3.2相结合的方式进行加密处理，能够保证加密数据的安全性，同时提高加密解密速度。
传输模块4：加密处理的数据携带原始根哈希值传输到配电网控制中心；
解密模块5：配电网控制中心接收到数据后对应进行解密处理；
所述解密模块5包括RSA解密单元5.1，所述RSA解密单元5.1连接DES解密单元5.2；
RSA解密单元5.1：利用RSA私钥解密得到DES密钥；
DES解密单元5.2：利用DES密钥对加密数据进行解密；
接收数据计算模块6：解密后的数据按照步骤S2相同的划分方法分成若干个数据块，再次构建梅克尔树，计算新的根哈希值；
认证模块7：对比原始根哈希值与新的根哈希值是否相等，如果相等则数据传输成功，否则数据传输失败，配电网控制中心丢弃该数据。
实施例3：
本实施例提供一种计算机存储介质，所述计算机存储介质中存储有指令，当其在计算机上运行时，使得计算机执行上述方法。
实施例4：
本实施例提供一种终端，包括处理器和存储器，其中，所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器用于从存储器中调用并运行该计算机程序，使得终端执行上述方法。
尽管通过参考附图并结合优选实施例的方式对本发明进行了详细描述，但本发明并不限于此。在不脱离本发明的精神和实质的前提下，本领域普通技术人员可以对本发明的实施例进行各种等效的修改或替换，而这些修改或替换都应在本发明的涵盖范围内/任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种智能配电网数据安全传输方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：配电网中的信息采集终端采集原始数据K；
S2：将原始数据K划分成若干个数据块后构建梅克尔树，计算出原始根哈希值；
S3：采用加密算法对原始数据K进行加密处理；
S4：加密处理的数据携带原始根哈希值传输到配电网控制中心；
S5：配电网控制中心接收到数据后对应进行解密处理；
S6：解密后的数据按照步骤S2相同的划分方法分成若干个数据块，再次构建梅克尔树，计算新的根哈希值；
S7：对比原始根哈希值与新的根哈希值是否相等，如果相等则数据传输成功，否则数据传输失败，配电网控制中心丢弃该数据。
2.根据权利要求1所述的一种智能配电网数据安全传输方法，其特征在于，所述步骤S7完成后，配电网控制中心发送确认信息给信息采集终端，数据传输成功时发送成功，数据传输失败时发送失败并请求重新传输数据。
3.根据权利要求1所述的一种智能配电网数据安全传输方法，其特征在于，所述步骤S2包括以下步骤：
S201：将原始数据K划分成若干个数据块L1,L2,L3…LN，对数据块进行哈希运算M0i＝hash(Li)，i＝1,2,3…N；
S202：将N个数据块的哈希运算结果M0i作为叶子节点的哈希值，将两个相邻叶子节点的哈希值合并成一个字符串，该字符串的哈希运算结果作为上级节点的哈希值；如果底层的叶子节点总数是单数，则最后剩余的单个叶子节点直接进行哈希运算，运算结果作为上级节点的哈希值；
S203：依次向上合并得到新一级节点，合并到树根处得到根哈希值，记为原始根哈希值。
4.根据权利要求3所述的一种智能配电网数据安全传输方法，其特征在于，所述步骤S203完成后，将N个叶子节点的哈希值打包成一个数据包并存储该数据包。
5.根据权利要求4所述的一种智能配电网数据安全传输方法，其特征在于，所述步骤S3中采用RSA算法与DES算法相结合的方式对原始数据进行加密处理，先利用DES密钥对原始数据进行加密，然后利用RSA公钥对DES密钥进行加密；对应解密处理时，先利用RSA私钥解密得到DES密钥，然后利用DES密钥对加密数据进行解密。
6.一种智能配电网数据安全传输系统，其特征在于，包括：
采集模块：配电网中的信息采集终端采集原始数据K；
原始数据计算模块：将原始数据K划分成若干个数据块后构建梅克尔树，计算出原始根哈希值；
加密模块：采用加密算法对原始数据K进行加密处理；
传输模块：加密处理的数据携带原始根哈希值传输到配电网控制中心；
解密模块：配电网控制中心接收到数据后对应进行解密处理；
接收数据计算模块：解密后的数据按照步骤S2相同的划分方法分成若干个数据块，再次构建梅克尔树，计算新的根哈希值；
认证模块：对比原始根哈希值与新的根哈希值是否相等，如果相等则数据传输成功，否则数据传输失败，配电网控制中心丢弃该数据。
7.根据权利要求6所述的一种智能配电网数据安全传输系统，其特征在于，所述加密模块包括DES加密单元，所述DES加密单元连接RSA加密单元；所述解密模块包括RSA解密单元，所述RSA解密单元连接DES解密单元；
DES加密单元：利用DES密钥对原始数据进行加密；
RSA加密单元：利用RSA公钥对DES密钥进行加密；
RSA解密单元：利用RSA私钥解密得到DES密钥；
DES解密单元：利用DES密钥对加密数据进行解密。
8.一种计算机存储介质，其特征在于，所述计算机存储介质中存储有指令，当其在计算机上运行时，使得计算机执行权利要求1-5中任一项权利要求所述的方法。
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