CN113990045A - 一种用于sf6气体泄露报警装置系统的物联网加密系统 - Google Patents

一种用于sf6气体泄露报警装置系统的物联网加密系统 Download PDF

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Abstract

本发明公布了一种用于SF6气体泄露报警装置系统的物联网加密系统；涉及物联网数据传输安全技术领域，能够有效的保证监测数据在物联网公网中进行安全传输；具体地说，包括过滤模块、校验模块和加密模块；所述过滤模块对监测点传来的监测数据进行分类，分类后的正常数据上传到加密模块，分类后的异常数据上传到校验模块；所述校验模块对接收到的异常数据所对应的监测点进行身份核验；所述加密模块包括数据加密模块和密钥加密模块；所述数据加密模块对接收到的数据进行对称加密；所述密钥加密模块对对称加密产生的密钥进行不对称加密。本发明操作简单，能够在不影响通讯流量和通讯速率的同时，保证监测数据传输的可靠性和安全性。

Description

一种用于SF6气体泄露报警装置系统的物联网加密系统
技术领域
本发明涉及一种用于物联网数据传输安全技术领域的用于SF6气体泄露报警装置系统的物联网加密系统。
背景技术
SF6气体以其优异的绝缘和灭弧性能，在电力系统中得到了广泛应用，在常态下SF6气体是一种无色、无味、无毒的惰性气体，由于SF6的分子质量远远高于CO2和O2，在密闭的GIS室内一旦发生泄露将沉积在底部，同时由于高压电弧的作用，SF6也会发生分解生产一些有毒物质，如CO、H2S，SO2等，这将导致GIS室空气缺氧带毒，严重威胁人员安全。
物联网无线通信技术的不断发展给智能传感器的研发和应用提供了技术保障和应用场景，凭借无线通信技术使得数以万计的物联网设备接入到了网络中，实现了设备与设备、人与设备之间的信息交互；对原有分散的SF6气体泄露实时监测数据通过物联网无线通信技术进行集中上传，便于对电力设备状态数据进行集中管理，并通过数据分析对电力设备状态进行预警，保障电力设备安全稳定运行。
数据在现有的物联网系统中进行传输时，存在以下问题：①感知节点通常安装在一些无人监管的环境当中，对感知节点进行破坏对一些攻击者来说是一件十分容易的事情；②物联网使用的无线信道为开放信道，导致在无线传输过程中数据很容易被窃听和破坏。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提供一种用于SF6气体泄露报警装置系统的物联网加密系统，用以进行SF6气体泄露报警数据进行加密。
实现上述目的的一种技术方案是：一种用于SF6气体泄露报警装置系统的物联网加密系统；
包括过滤模块、校验模块和加密模块；所述过滤模块通过机器学习算法对监测点传来的监测数据进行分类处理，分类后的正常数据上传到加密模块，分类后的异常数据上传到校验模块；所述校验模块通过国密SM9标识密码算法对异常数据所对应的监测点进行身份核验，核验通过后，生成一个紧急码随异常数据一起上传到加密模块；若核验失败，监测主机认定数据无效，将该数据丢弃，并向监测主机发出警报，通知管理人员进行检查和处理；所述加密模块包括数据加密模块和密钥加密模块，所述数据加密模块通过国密SM4对称算法对监测数据进行加密，并将SM4算法产生的密钥上传给密钥加密模块，所述密钥加密模块通过国密SM2椭圆曲线公钥密码算法对SM4算法产生的密钥进行加密，确保密钥能够安全到达电力内网平台，所述加密模块加密后的数据和密钥直接通过物联网公网传输至电力内网平台。
进一步的，监测点在正常运行过程中检测、收集实时监测数据，并通过LoRa无线通信技术传输到过滤模块；所述过滤模块通过机器学习算法，结合历史监测数据分析得到历史监测数据的波动值正常范围以及当前实时监测数据的波动值，所述实时监测数据的波动值处在正常范围内，则判断该波动值对应的数据为正常数据，所述实时监测数据的波动值超出正常范围内，则判断该波动值对应的数据为异常数据。
进一步的，所述校验模块生成的紧急码直接添加到待上传异常数据的首端，随数据一起上传到加密模块。
进一步的，所述数据加密模块在数据首端检测到紧急码后，优先对异常数据进行处理。
本发明的一种用于SF6气体泄露报警装置系统的物联网加密系统，能够有效的对数据发送节点进行身份校验，并对待上传数据进行加密，提高数据传输过程中的安全性，同时保证系统的工作效率和响应速度。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种物联网中SF6气体监测数据加密传输系统的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种物联网中SF6气体监测数据分类方法的流程图；
图3为本发明实施例提供的一种物联网中SF6气体监测终端身份校验方法的流程图；
图4为本发明实施例提供的一种物联网中SF6气体监测数据加密方法的流程图；
图5为本发明实施例提供的一种物联网中密钥加密方法的流程图。
具体实施方式
为了能更好地对本发明的技术方案进行理解，下面通过具体地实施例进行详细地说明：
如图1所示，本发明实施例提供了一种物联网中SF6气体监测数据加密传输系统，包括过滤模块、校验模块和加密模块；所述过滤模块通过机器学习算法对监测点传来的监测数据进行分类处理，分类后的正常数据上传到加密模块，分类后的异常数据上传到校验模块。这在一定程度上可以减少校验次数，保证数据传输速率
所述校验模块通过国密SM9标识密码算法对异常数据所对应的监测点进行身份核验，核验通过后，生成一个紧急码随异常数据一起上传到加密模块，所述校验模块生成的紧急码直接添加到待上传异常数据的首端；若核验失败，监测主机认定数据无效，将该数据丢弃，并向监测主机发出警报，通知管理人员进行检查和处理。监测点在正常运行过程中检测、收集实时监测数据，并通过LoRa无线通信技术传输到过滤模块；所述过滤模块通过机器学习算法，结合历史监测数据分析得到历史监测数据的波动值正常范围以及当前实时监测数据的波动值，所述实时监测数据的波动值处在正常范围内，则判断该波动值对应的数据为正常数据，所述实时监测数据的波动值超出正常范围内，则判断该波动值对应的数据为异常数据。
所述加密模块包含数据加密模块和密钥加密模块两部分；所述数据加密模块接收到正常数据后，通过SM4对称算法对正常数据进行加密；所述SM4算法是一个分组算法，分组长度为128bit，密钥长度为128bit；所述加密后的数据直接通过物联网公网传输到电力内网平台；所述SM4算法产生的密钥上传到密钥加密模块；所述密钥加密模块通过SM2椭圆曲线公钥密码算法对密钥进行加密；所述SM2算法相比于RSA算法，在相同的安全性能下所需的公钥位数更少、密钥生成速度更快、加密解密速度更快；所述加密后的密钥直接通过物联网公网传输到电力内网平台。所述数据加密模块在数据首端检测到紧急码后，优先对异常数据进行处理；所述数据加密模块接收到带有紧急码的异常数据后，通过SM4对称算法对紧急码和异常数据进行加密；所述加密后的紧急码和异常数据直接通过物联网公网传输到电力内网平台；所述SM4算法产生的密钥进一步上传到密钥加密模块；所述密钥加密模块通过SM2椭圆曲线公钥密码算法对密钥进行加密；所述加密后的密钥直接通过物联网公网传输到电力内网平台。
数据传输的主要过程为：
S1：监测点感知数据，通常由低功耗、高可靠性的传感器构成，能够与监测主机之间进行无线通信，本发明实施例中，监测点通过LoRa无线通信技术将监测数据传输到监测主机，相比于传统的有线方式，无线通信技术的发展和应用解决了传统SF6泄露检测装置灵活性差、现场布线麻烦等问题，能够实现任意布点数据监测；
S2：监测主机上的过滤模块对数据进行分类，本发明实施例中利用机器学习算法实现对大量监测数据的快速分类，利用SVM分类器将监测点传来的监测数据分为正常数据和异常数据两类，将正常数据上传到加密模块，将异常数据上传到校验模块；
S3：监测主机上的校验模块对异常数据所对应的监测点进行身份核验，本发明实施例中，通过SM9标识密码算法进行身份核验，核验通过后，生成一个紧急码，所述紧急码直接添加在异常数据的首端，随数据一起上传到加密模块，所述身份核验失败，监测主机认定数据无效，将该数据丢弃，并向监测主机发出警报，通知管理人员进行检查和处理；
S4：监测主机上的加密模块负责完成数据和密钥的加密，并将加密后的数据和密钥一起打包通过物联网公网发送出去，本发明实施例中加密模块包括基于SM4对称算法的数据加密模块和基于SM2椭圆曲线公钥密码算法的密钥加密模块。
如图2所示，本发明实施例中所述过滤模块采用SVM分类器实现数据分类，其主要过程为：
S1：利用历史监测数据对SVM分类器进行训练，通过反复迭代求得分界面参数；
S2：将监测点传来的监测数据输入到SVM分类器中进行分类；
S3：得到分类结果，将正常数据上传到加密模块，将异常数据上传到校验模块。
如图3所示，本发明实施例中所述校验模块基于SM9标识密码算法实现监测点的身份核验，其主要过程为：
S1：校验模块接收到过滤模块传来的异常数据后，立即向异常数据所对应的监测点发送身份认证请求；
S2：监测点接收到身份认证请求后，通过SM9标识密码算法对自身ID进行签名；
S3：监测点向监测主机发送身份认证响应，即将ID签名发送给监测主机；
S4：监测主机通过SM9标识密码算法验签，验证通过后，生成一个紧急码添加在异常数据的首端，和数据一起上传到加密模块；若所述核验失败，监测主机认定数据无效，将数据丢弃并发出警报。
如图4所示，本发明实施例中所述数据加密模块通过SM4对称算法实现数据加密，其主要过程为：
S1：对监测数据进行分组，分组长度为128bit，本发明实施例采用CTR模式进行分组，其优点是不需要填充，实现简单，各个分组之间相互独立，可以并发完成，效率高；
S2：将128bit密钥按照32bit一组分成4组，再根据密钥扩展算法，生成32组32bi t轮密钥；
S3：再将输入的128bit数据也按照32bit一组分成4组进行32轮循环迭代运算，在每一轮加密过程中，分别将各组数据与轮密钥进行异或操作，再将结果进行S盒变换；
S4：32轮循环迭代运算后，将4组数据进行一个线性变换，并组合起来，最终得到128bit密文；
S5：将各组密文组合为加密文件，通过物联网传输到电力内网平台；
S6：将初始计数器值和128bit密钥上传到密钥加密模块。
如图5所示，本发明实施例中所述密钥加密模块通过SM2椭圆曲线公钥密码算法实现密钥加密，根据GB/T32918.4-2016，其加密的主要过程为：
S1：用随机数发生器产生随机数k∈[1,n-1]；
S2：计算椭圆曲线点C1＝[k]G＝(x1,y1),并将C1的数据类型转换为比特串；
S3：计算椭圆曲线点S＝[h]PB,若S是无穷远点,则报错并退出；
S4：计算椭圆曲线点[k]PB＝(x2,y2),并将坐标x2、y2的数据类型转换为比特串；
S5：计算t＝KDF(x2||y2,klen),若t为全0比特串,则返回S1；
S6：计算C2＝M⊕t；
S7：计算C3＝Hash(x2||M||y2)；
S8：输出密文C＝C1||C3||C2；
S9：将密文C通过物联网传输到电力内网平台。
本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。

Claims (4)

1.一种用于SF6气体泄露报警装置系统的物联网加密系统，其特征在于：
包括过滤模块、校验模块和加密模块；所述过滤模块通过机器学习算法对监测点传来的监测数据进行分类处理，分类后的正常数据上传到加密模块，分类后的异常数据上传到校验模块；所述校验模块通过国密SM9标识密码算法对异常数据所对应的监测点进行身份核验，核验通过后，生成一个紧急码随异常数据一起上传到加密模块；若核验失败，监测主机认定数据无效，将该数据丢弃，并向监测主机发出警报，通知管理人员进行检查和处理；所述加密模块包括数据加密模块和密钥加密模块，所述数据加密模块通过国密SM4对称算法对监测数据进行加密，并将SM4算法产生的密钥上传给密钥加密模块，所述密钥加密模块通过国密SM2椭圆曲线公钥密码算法对SM4算法产生的密钥进行加密，确保密钥能够安全到达电力内网平台，所述加密模块加密后的数据和密钥直接通过物联网公网传输至电力内网平台。
2.根据权利要求1所述一种用于SF6气体泄露报警装置系统的物联网加密系统，其特征在于：监测点在正常运行过程中检测、收集实时监测数据，并通过LoRa无线通信技术传输到过滤模块；所述过滤模块通过机器学习算法，结合历史监测数据分析得到历史监测数据的波动值正常范围以及当前实时监测数据的波动值，所述实时监测数据的波动值处在正常范围内，则判断该波动值对应的数据为正常数据，所述实时监测数据的波动值超出正常范围内，则判断该波动值对应的数据为异常数据。
3.根据权利要求1所述一种用于SF6气体泄露报警装置系统的物联网加密系统，其特征在于：所述校验模块生成的紧急码直接添加到待上传异常数据的首端，随数据一起上传到加密模块。
4.根据权利要求3所述一种用于SF6气体泄露报警装置系统的物联网加密系统，其特征在于：所述数据加密模块在数据首端检测到紧急码后，优先对异常数据进行处理。
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