CN113645029B - 直流充电桩的通讯方法、通讯装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种直流充电桩的通讯方法、通讯装置，所述方法包括：主控芯片检测到电源模块有交流电输入，通过随机数生成器生成主控芯片私钥和公钥；电源模块通过随机数生成器生成电源模块私钥和公钥；主控芯片发送主控芯片公钥至电源模块；电源模块根据主控芯片公钥生成电源模块加解密密钥并把自身公钥发送至主控芯片；主控芯片根据电源模块公钥生成主控芯片加解密密钥；主控芯片根据主控芯片加解密密钥对发送至电源模块的报文进行加密处理，电源模块根据电源模块加解密密钥对发送至主控芯片的报文进行加密处理。该方法利用随机数对充电桩中的主控芯片和电源模块之间传输的通讯报文进行加密处理，可以有效避免充电桩对电源模块发生重放攻击。

Description

直流充电桩的通讯方法、通讯装置

技术领域

本发明涉及充电桩技术领域，具体涉及一种直流充电桩的通讯方法和一种直流充电桩的通讯装置。

背景技术

新能源汽车作为国家发展的新型战略，为实现“碳达峰”和“碳中和”提供强有力的保证，而为电动汽车提供动力补给的配套充电桩扮演着“加电站”的角色，为电动车提供快速、安全的能量补充也尤为重要。直流充电桩相比交流充电桩具有电流大、功率高等特点，可以为电动车提供快速的能量补充，而电源模块在直流充电桩中扮演着重要角色。

目前，电源模块的通讯协议是由电源模块厂家定义，充电桩企业只能控制主控芯片根据电源模块的通讯协议控制电源模块的启停和功率输出，导致主控芯片很容易被劫持而导致充电桩发生重放攻击，不利于充电桩通讯的安全性，造成充电桩企业的损失。

发明内容

本发明为解决上述技术问题，本发明的第一个目的在于提出一种直流充电桩的通讯方法，该通讯方法在不改变电源模块厂家原有协议的基础上增加充电桩内部的加密通讯功能，对充电桩中的主控芯片和电源模块之间传输的通讯报文进行加密，且私有密钥是基于随机数产生的，生成的加解密密钥并不相同，可以有效避免充电桩对电源模块发生重放攻击，提高充电桩通讯的安全性，避免充电桩被劫持造成充电桩企业的损失。

本发明的第二个目的在于提出一种直流充电桩的通讯装置。

本发明采用的技术方案如下：

本发明第一方面的实施例提出了一种直流充电桩的通讯方法，所述充电桩包括：主控芯片和至少一个电源模块，所述方法包括以下步骤：所述主控芯片检测到所述电源模块有交流电输入，通过随机数生成器生成主控芯片私有密钥，并且根据所述主控芯片私有密钥生成主控芯片公有密钥；所述电源模块在启动初始化的过程中通过所述随机数生成器生成电源模块私有密钥，并且根据所述电源模块私有密钥生成电源模块公有密钥；所述主控芯片发送所述主控芯片公有密钥至所述电源模块；所述电源模块接收到所述主控芯片公有密钥后，根据所述电源模块私有密钥和所述主控芯片公有密钥生成电源模块加解密密钥，并将所述电源模块公有密钥发送至所述主控芯片；所述主控芯片接收所述电源模块公有密钥，并根据所述电源模块公有密钥和所述主控芯片私有密钥生成主控芯片加解密密钥；所述主控芯片根据所述主控芯片加解密密钥对发送至所述电源模块的报文进行加密处理，所述电源模块根据所述电源模块加解密密钥对发送至所述主控芯片的报文进行加密处理。

本发明上述提出的直流充电桩的通讯方法还可以具有如下附加技术特征：

根据本发明的一个实施例，采用DH(Diffie-Hellman，一种密钥交换协议)加密算法生成公有密钥，所述主控芯片加解密密钥与所述电源模块加解密密钥相同。

根据本发明的一个实施例，上述的通讯方法还包括：所述主控芯片检测到所述电源模块断电后，所述主控芯片清空所述主控芯片私有密钥、所述主控芯片公有密钥、所述主控芯片加解密密钥、所述电源模块清空所述电源模块私有密钥、所述电源模块公有密钥和所述成电源模块加解密密钥。

根据本发明的一个实施例，所述主控芯片包括单片机和片上系统。

本发明第二方面的实施例提出了一种直流充电桩的通讯装置，所述充电桩包括：主控芯片和至少一个电源模块，所述装置包括：第一生成模块，所述第一生成模块用于在所述主控芯片检测到所述电源模块有交流电输入时，通过随机数生成器生成主控芯片私有密钥，并且根据所述主控芯片私有密钥生成主控芯片公有密钥；第二生成模块，所述第二生成模块用于在所述电源模块在启动初始化的过程中通过所述随机数生成器生成电源模块私有密钥，并且根据所述电源模块私有密钥生成电源模块公有密钥；通讯模块，所述通讯模块用于控制所述主控芯片发送所述主控芯片公有密钥至所述电源模块；第三生成模块，所述第三生成模块用于在所述电源模块接收到所述主控芯片公有密钥后，根据所述电源模块私有密钥和所述主控芯片公有密钥生成电源模块加解密密钥；所述通讯模块还用于将所述电源模块公有密钥发送至所述主控芯片；第四生成模块，所述第四生成模块用于在所述主控芯片接收所述电源模块公有密钥后，根据所述电源模块公有密钥和所述主控芯片私有密钥生成主控芯片加解密密钥；加密模块，所述加密模块用于控制所述主控芯片根据所述主控芯片加解密密钥对发送至所述电源模块的报文进行加密处理，以及控制所述电源模块根据所述成电源模块加解密密钥对发送至所述主控芯片的报文进行加密处理。

本发明上述提出的直流充电桩的通讯装置还可以具有如下附加技术特征：

根据本发明的一个实施例，采用DH加密算法生成公有密钥，所述主控芯片加解密密钥与所述电源模块加解密密钥相同。

根据本发明的一个实施例，上述的装置包括：清除模块，所述清除模块用于在检测到所述电源模块断电后，清空所述主控芯片私有密钥、所述主控芯片公有密钥、所述主控芯片加解密密钥、所述电源模块私有密钥、所述电源模块公有密钥和所述成电源模块加解密密钥。

根据本发明的一个实施例，所述主控芯片包括单片机和片上系统。

本发明的有益效果：

本发明在不改变电源模块厂家原有协议的基础上增加充电桩内部的加密通讯功能，对充电桩中的主控芯片和电源模块之间传输的通讯报文进行加密，且私有密钥是基于随机数产生的，生成的加解密密钥并不相同，可以有效避免充电桩发生重放攻击，提高充电桩通讯的安全性，避免充电桩被劫持造成充电桩企业的损失。

附图说明

图1是根据本发明一个实施例的直流充电桩的通讯方法的流程图；

图2是根据本发明一个实施例的直流充电桩的通讯方法的原理图；

图3是根据本发明另一个实施例的直流充电桩的通讯方法的流程图；

图4是根据本发明一个实施例的直流充电桩的通讯装置的方框示意图。

具体实施方式

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，都属于本发明保护的范围。

图1是根据本发明一个实施例的直流充电桩的通讯方法的流程图，其中，述充电桩包括：主控芯片和至少一个电源模块，方法包括以下步骤：

S1，主控芯片检测到电源模块有交流电输入，通过随机数生成器生成主控芯片私有密钥，并且根据主控芯片私有密钥生成主控芯片公有密钥。

本发明的实施例中，主控芯片包括单片机和片上系统(Soc，System OnChip)。

其中，在本发明的一个实施例中，根据主控芯片私有密钥和DH加密算法生成主控芯片公有密钥。

S2，电源模块在启动初始化的过程中通过随机数生成器生成电源模块私有密钥，并且根据电源模块私有密钥生成电源模块公有密钥。

其中，在本发明的一个实施例中，根据电源模块私有密钥和DH加密算法生成电源模块公有密钥。

S3，主控芯片发送主控芯片公有密钥至电源模块。

S4，电源模块接收到主控芯片公有密钥后，根据电源模块私有密钥和主控芯片公有密钥生成电源模块加解密密钥，并将电源模块公有密钥发送至主控芯片。

具体地，电源模块加解密密钥根据DH加密算法计算得到。

S5，主控芯片接收电源模块公有密钥，并根据电源模块公有密钥和主控芯片私有密钥生成主控芯片加解密密钥。

具体地，主控芯片加解密密钥根据DH加密算法计算得到。根据DH加密算法的原理可知，主控芯片加解密密钥与电源模块加解密密钥相同。

S6，主控芯片根据主控芯片加解密密钥对发送至电源模块的报文进行加密处理，电源模块根据电源模块加解密密钥对发送至主控芯片的报文进行加密处理。

具体地，直流充电桩包括至少一个电源模块、主控芯片、控制导引电路、交流接触器和充电枪。电源模块是指通过交流输入电源转换为直流输出电源的设备；交流接触器设置在电源模块的交流侧，用于控制电源模块是否上电，即是否将交流电输入电源模块。控制导引电路用于检测充电枪与充电设备(例如电动汽车)的充电底座连接状态。

主控芯片可以结合充电指令和充电桩的状态对交流接触器进行控制，如果接收到充电指令，且充电枪已插抢，主控芯片则控制交流接触器闭合，以给电源模块提供交流输电。其中，主控芯片通过控制导引电路检测充电枪与充电设备的充电底座连接状态，如果检测充电枪与充电设备的充电底座连接，说明充电枪已插抢。

如图2所示，在控制交流接触器闭合后，则主控芯片通过随机数生成器生成主控芯片私有密钥，并且根据主控芯片私有密钥和DH加密算法生成主控芯片公有密钥，并将主控芯片公有密钥通过通信报文点对点发送给电源模块。电源模块上电启动初始化过程中，通过随机数生成器生成电源模块私有密钥，并且根据电源模块私有密钥和DH加密算法生成电源模块公有密钥，并将电源模块公有密钥发送至主控芯片。电源模块接收到主控芯片公有密钥后，根据电源模块私有密钥和主控芯片公有密钥、DH加密算法生成对应的电源模块加解密密钥，主控芯片接收到电源模块公有密钥后，根据电源模块公有密钥和主控芯片私有密钥、DH加密算法生成对应的主控芯片加解密密钥。根据DH加密算法的原理可知主控芯片加解密密钥与电源模块加解密密钥相同。主控芯片和电源模块根据主控芯片加解密密钥、电源模块加解密密钥进行加密数据交互，即主控芯片根据主控芯片加解密密钥对发送至电源模块的报文进行加密处理，电源模块根据成电源模块加解密密钥对发送至主控芯片的报文进行加密处理。电源模块或主控芯片收到对方发送的报文后，先进行解密再在对报文解析。

由此，本发明的通讯方法在不改变电源模块厂家原有协议的基础上增加充电桩内部的加密通讯功能，即本发明关注的是充电桩内部通讯的安全，对充电桩中的主控芯片和电源模块之间传输的通讯报文进行加密，且私有密钥是基于随机数产生的，生成的加解密密钥并不相同，可以有效避免充电桩对电源模块发生重放攻击，提高充电桩通讯的安全性，避免充电桩被劫持造成充电桩企业的损失。

根据本发明的一个实施例，如图3所示，上述的直流充电桩的通讯方法还包括S7：主控芯片检测到电源模块断电后，主控芯片清空主控芯片私有密钥、主控芯片公有密钥、主控芯片加解密密钥，电源模块由于断电清空电源模块私有密钥、电源模块公有密钥和电源模块加解密密钥。

具体地，充电结束后，主控芯片控制交流接触器断开，使电源模块进入断电修整阶段，电源模块断电后，主控芯片清空此次通讯生成的所有公有密钥、私有密钥和加解密密钥。

可以理解的是，电源模块上电后接收到的第一帧报文必须是主控芯片公有密钥的报文，其它类型报文直接丢弃。

对于多个电源模块，每个电源模块均可接收到主控芯片发送的主控芯片公有密钥报文，主控芯片可以根据指令将报文发送至对应的电源模块。

综上，根据本发明实施例的直流充电桩的通讯方法，在不改变电源模块厂家原有协议的基础上增加充电桩内部的加密通讯功能，对充电桩中的主控芯片和电源模块之间传输的通讯报文进行加密，且私有密钥是基于随机数产生的，生成的加解密密钥并不相同，可以有效避免充电桩对电源模块发生重放攻击，提高充电桩通讯的安全性，避免充电桩被劫持造成充电桩企业的损失。

与上述的直流充电桩的通讯方法相对应，本发明还提出一种直流充电桩的通讯装置。由于本发明的装置实施例与上述的方法实施例相对应，对于方法实施例中未披露的细节可参照上述的方法实施例，本发明中不再进行赘述。

图4是根据本发明一个实施例的直流充电桩的通讯装置的方框示意图，充电桩包括：主控芯片和至少一个电源模块，如图4所示，通讯装置包括：第一生成模块1、第二生成模块2、通讯模块3、第三生成模块4、第四生成模块5、加密模块6，其中，

第一生成模块1用于在主控芯片检测到电源模块有交流电输入时，通过随机数生成器生成主控芯片私有密钥，并且根据主控芯片私有密钥生成主控芯片公有密钥；第二生成模块2用于在电源模块在启动初始化的过程中通过随机数生成器生成电源模块私有密钥，并且根据电源模块私有密钥生成电源模块公有密钥；通讯模块3用于控制主控芯片发送主控芯片公有密钥至电源模块；第三生成模块4用于在电源模块接收到主控芯片公有密钥后，根据电源模块私有密钥和主控芯片公有密钥生成电源模块加解密密钥；通讯模块3还用于将电源模块公有密钥发送至主控芯片；第四生成模块5用于在主控芯片接收电源模块公有密钥后，根据电源模块公有密钥和主控芯片私有密钥生成主控芯片加解密密钥；加密模块6用于控制主控芯片根据主控芯片加解密密钥对发送至电源模块的报文进行加密处理，以及控制电源模块根据成电源模块加解密密钥对发送至主控芯片的报文进行加密处理。

根据本发明的一个实施例，采用DH加密算法生成公有密钥，主控芯片加解密密钥与电源模块加解密密钥相同。

根据本发明的一个实施例，上述的通讯装置还包括：清除模块，清除模块用于在检测到电源模块断电后，清空主控芯片私有密钥、主控芯片公有密钥、主控芯片加解密密钥、电源模块私有密钥、电源模块公有密钥和成电源模块加解密密钥。

根据本发明的一个实施例，主控芯片包括单片机和片上系统。

综上，根据本发明实施例的直流充电桩的通讯装置，根在不改变电源模块厂家原有协议的基础上增加充电桩内部的加密通讯功能，对充电桩中的主控芯片和电源模块之间传输的通讯报文进行加密，且私有密钥是基于随机数产生的，生成的加解密密钥并不相同，可以有效避免充电桩对电源模块发生重放攻击，提高充电桩通讯的安全性，避免充电桩被劫持造成充电桩企业的损失。

在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必针对相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现定制逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，"计算机可读介质"可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)，可擦除可编辑只读存储器(EPROM或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(CDROM)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。

应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。如，如果用硬件来实现和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。

本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。

此外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种直流充电桩的通讯方法，其特征在于，所述充电桩包括：主控芯片和至少一个电源模块，所述方法包括以下步骤：

所述主控芯片检测到所述电源模块有交流电输入，通过随机数生成器生成主控芯片私有密钥，并且根据所述主控芯片私有密钥生成主控芯片公有密钥；

所述电源模块在启动初始化的过程中通过所述随机数生成器生成电源模块私有密钥，并且根据所述电源模块私有密钥生成电源模块公有密钥；

所述主控芯片发送所述主控芯片公有密钥至所述电源模块；

所述电源模块接收到所述主控芯片公有密钥后，根据所述电源模块私有密钥和所述主控芯片公有密钥生成电源模块加解密密钥，并将所述电源模块公有密钥发送至所述主控芯片；

所述主控芯片接收所述电源模块公有密钥，并根据所述电源模块公有密钥和所述主控芯片私有密钥生成主控芯片加解密密钥；

所述主控芯片根据所述主控芯片加解密密钥对发送至所述电源模块的报文进行加密处理，所述电源模块根据所述电源模块加解密密钥对发送至所述主控芯片的报文进行加密处理。

2.根据权利要求1所述的直流充电桩的通讯方法，其特征在于，采用DH加密算法生成公有密钥，所述主控芯片加解密密钥与所述电源模块加解密密钥相同。

3.根据权利要求1所述的直流充电桩的通讯方法，其特征在于，还包括：所述主控芯片检测到所述电源模块断电后，所述主控芯片清空所述主控芯片私有密钥、所述主控芯片公有密钥、所述主控芯片加解密密钥；所述电源模块清空所述电源模块私有密钥、所述电源模块公有密钥和所述电源模块加解密密钥。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的直流充电桩的通讯方法，其特征在于，所述主控芯片包括单片机和片上系统。

5.一种直流充电桩的通讯装置，其特征在于，所述充电桩包括：主控芯片和至少一个电源模块，所述装置包括：

第一生成模块，所述第一生成模块用于在所述主控芯片检测到所述电源模块有交流电输入时，通过随机数生成器生成主控芯片私有密钥，并且根据所述主控芯片私有密钥生成主控芯片公有密钥；

第二生成模块，所述第二生成模块用于在所述电源模块在启动初始化的过程中通过所述随机数生成器生成电源模块私有密钥，并且根据所述电源模块私有密钥生成电源模块公有密钥；

通讯模块，所述通讯模块用于控制所述主控芯片发送所述主控芯片公有密钥至所述电源模块；

第三生成模块，所述第三生成模块用于在所述电源模块接收到所述主控芯片公有密钥后，根据所述电源模块私有密钥和所述主控芯片公有密钥生成电源模块加解密密钥；

所述通讯模块还用于将所述电源模块公有密钥发送至所述主控芯片；

第四生成模块，所述第四生成模块用于在所述主控芯片接收所述电源模块公有密钥后，根据所述电源模块公有密钥和所述主控芯片私有密钥生成主控芯片加解密密钥；

加密模块，所述加密模块用于控制所述主控芯片根据所述主控芯片加解密密钥对发送至所述电源模块的报文进行加密处理，以及控制所述电源模块根据所述电源模块加解密密钥对发送至所述主控芯片的报文进行加密处理。

6.根据权利要求5所述的直流充电桩的通讯装置，其特征在于，采用DH加密算法生成公有密钥，所述主控芯片加解密密钥与所述电源模块加解密密钥相同。

7.根据权利要求5所述的直流充电桩的通讯装置，其特征在于，还包括：

清除模块，所述清除模块用于在检测到所述电源模块断电后，清空所述主控芯片私有密钥、所述主控芯片公有密钥、所述主控芯片加解密密钥、所述电源模块私有密钥、所述电源模块公有密钥和所述电源模块加解密密钥。

8.根据权利要求5-7中任一项所述的直流充电桩的通讯装置，其特征在于，所述主控芯片包括单片机和片上系统。