CN115348114B - 一种智慧电厂数据安全传输方法、系统、电子设备及介质 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种智慧电厂数据安全传输方法、系统、电子设备及介质，属于数据传输领域。该方法包括：获取控制中心的控制指令；利用私钥将控制指令明文加密成控制指令密文，利用Hash算法生成控制指令摘要；将控制指令明文、控制指令密文、控制指令摘要以及公钥发送至服务器；利用服务器对控制指令明文验签；若验签通过，执行控制指令，对控制指令进行工作量证明后存入区数据库系统中的所有服务器；利用区数据库系统根据控制指令中控制器ID，将控制指令发送至对应的控制器；利用控制器对控制指令再次验签；若验签通过，令控制器执行控制指令，若验签未通过，令控制器拒绝执行控制指令。本发明保障智慧电厂数据安全可靠传输，确保智慧电厂安全稳定运行。

Description

一种智慧电厂数据安全传输方法、系统、电子设备及介质
技术领域
本发明涉及数据传输领域，特别是涉及一种智慧电厂数据安全传输方法、系统、电子设备及介质。
背景技术
随着双碳目标的不断推进，传统电厂正在逐步向智慧电厂发展。在智慧电厂快速的发展过程中，越来越多的信息技术被应用到智慧电厂的运行管理中，大幅提高了电厂运行维护的信息化、智能化和自动化水平，但同时也面临着病毒、木马对管理控制系统进行伪造、篡改等安全威胁。这与智慧电厂高可靠性和高安全性的要求存在严重冲突。
发明内容
本发明的目的是提供一种智慧电厂数据安全传输方法、系统、电子设备及介质，以解决现有的智慧电厂数据安全性低的问题。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种智慧电厂数据安全传输方法，包括：
获取控制中心的控制指令；所述控制中心配有ID、公钥及私钥；所述控制指令包括控制器ID以及控制指令明文；
利用所述私钥将所述控制指令明文加密成控制指令密文，并利用Hash算法生成控制指令摘要；
将所述控制指令明文、所述控制指令密文、所述控制指令摘要以及所述公钥发送至服务器；
利用所述服务器对所述控制指令明文验签；
若验签通过，执行所述控制指令，并对所述控制指令进行工作量证明后存入区数据库系统中的所有服务器；
利用所述区数据库系统根据所述控制指令中控制器ID，将所述控制指令发送至对应的控制器；
利用所述控制器对所述控制指令再次验签；若验签通过，令所述控制器执行所述控制指令，若验签未通过，令所述控制器拒绝执行所述控制指令。
可选的，所述利用所述服务器对所述控制指令明文验签，具体包括：
利用所述公钥解密所述控制指令明文，并利用哈希算法生成解密的控制指令摘要；
判断所述解密的控制指令摘要与所述控制指令中的控制指令摘要是否相等；
若是，确定所述控制指令未被修改，验签成功通过，执行所述控制指令；
若否，拒绝执行所述控制指令。
可选的，所述对所述控制指令进行工作量证明后存入区数据库系统中的所有服务器，具体包括：所述区数据库系统包括多个区数据库子系统；
在任一个所述区数据库子系统中，对设定数量的所述控制指令应用SHA-256算法不断计算所述控制指令的区块头的SHA-256哈希值，并不断修改随机数Nonce值；
根据所述区块头的SHA-256哈希值生成Merkle根；
根据所述Merkle根以及所述随机数Nonce值进行挖掘，生成符合设定难度的本区哈希值，并将所述本区哈希值传递至所述区数据库子系统中剩余服务器进行验证；
若验证成功后，将所述控制指令存入所述区数据库子系统中的所有服务器，并进入下一个区数据库子系统中，直至将所有所述控制指令存入所述区数据库系统中的所有服务器。
一种智慧电厂数据安全传输系统，包括：
控制指令获取模块，用于获取控制中心的控制指令；所述控制中心配有ID、公钥及私钥；所述控制指令包括控制器ID以及控制指令明文；
控制指令摘要生成模块，用于利用所述私钥将所述控制指令明文加密成控制指令密文，并利用Hash算法生成控制指令摘要；
发送模块，用于将所述控制指令明文、所述控制指令密文、所述控制指令摘要以及所述公钥发送至服务器；
第一验签模块，用于利用所述服务器对所述控制指令明文验签；
工作量证明及控制指令存入模块，用于若验签通过，执行所述控制指令，并对所述控制指令进行工作量证明后存入区数据库系统中的所有服务器；
控制指令发送模块，用于利用所述区数据库系统根据所述控制指令中控制器ID，将所述控制指令发送至对应的控制器；
再次验签模块，用于利用所述控制器对所述控制指令再次验签；若验签通过，令所述控制器执行所述控制指令，若验签未通过，令所述控制器拒绝执行所述控制指令。
可选的，所述第一验签模块，具体包括：
控制指令摘要解密单元，用于利用所述公钥解密所述控制指令明文，并利用哈希算法生成解密的控制指令摘要；
第一判断单元，用于判断所述解密的控制指令摘要与所述控制指令中的控制指令摘要是否相等；
控制指令执行单元，用于若是，确定所述控制指令未被修改，验签成功通过，执行所述控制指令；
控制指令拒绝执行单元，用于若否，拒绝执行所述控制指令。
可选的，所述工作量证明及控制指令存入模块，具体包括：所述区数据库系统包括多个区数据库子系统；
哈希值及Nonce值计算单元，用于在任一个所述区数据库子系统中，对设定数量的所述控制指令应用SHA-256算法不断计算所述控制指令的区块头的SHA-256哈希值，并不断修改随机数Nonce值；
Merkle根生成单元，用于根据所述区块头的SHA-256哈希值生成Merkle根；
本区哈希值传递单元，用于根据所述Merkle根以及所述随机数Nonce值进行挖掘，生成符合设定难度的本区哈希值，并将所述本区哈希值传递至所述区数据库子系统中剩余服务器进行验证；
控制指令存入单元，用于若验证成功后，将所述控制指令存入所述区数据库子系统中的所有服务器，并进入下一个区数据库子系统中，直至将所有所述控制指令存入所述区数据库系统中的所有服务器。
一种电子设备，包括存储器及处理器，所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器运行所述计算机程序以使所述电子设备执行上述的智慧电厂数据安全传输方法。
一种计算机可读存储介质，其存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述的智慧电厂数据安全传输方法。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明提供了一种智慧电厂数据安全传输方法、系统、电子设备及介质，通过建立区数据库系统和数据加签验签技术实现数据传输过程中身份真实性、数据完整性、系统可用性、可审查性等多方位的防护，保障智慧电厂数据传输的安全可靠，确保智慧电厂的安全稳定运行。
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，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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为本发明所提供的智慧电厂数据安全传输方法流程图；
图2为数据加签验签系统结构图；
图3为本发明所提供的区数据库系统建立流程图；
图4为本发明所提供的控制中心、服务器以及区数据库子系统之间的验签关系图；
图5为本发明所提供的智慧电厂数据安全传输系统结构图。
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。
本发明的目的是提供一种智慧电厂数据安全传输方法、系统、电子设备及介质，能够保障智慧电厂数据传输的安全可靠，确保智慧电厂的安全稳定运行。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实施例一
图1为本发明所提供的智慧电厂数据安全传输方法流程图，如图1所示，一种智慧电厂数据安全传输方法，包括：
步骤101：获取控制中心的控制指令；所述控制中心配有ID、公钥及私钥；所述控制指令包括控制器ID以及控制指令明文。
在实际应用中，在控制中心加入数据签名模块，每个控制中心都配有ID、公钥、私钥。ID和公钥对外公开，私钥不公开，私钥仅发送者自己知晓，发送者不能否认其签名行为。控制中心发出的所有控制指令信息都先经过数据签名，控制指令明文被控制中心用私钥加密成控制指令密文，用Hash算法得到控制指令摘要。
步骤102：利用所述私钥将所述控制指令明文加密成控制指令密文，并利用Hash算法生成控制指令摘要。
步骤103：将所述控制指令明文、所述控制指令密文、所述控制指令摘要以及所述公钥发送至服务器。控制中心将控制指令密文、控制指令摘要和公钥一起发送给服务器和控制器，明确控制指令的发送者。
步骤104：利用所述服务器对所述控制指令明文验签。
在实际应用中，所述步骤104具体包括：利用所述公钥解密所述控制指令明文，并利用哈希算法生成解密的控制指令摘要；判断所述解密的控制指令摘要与所述控制指令中的控制指令摘要是否相等；若是，确定所述控制指令未被修改，验签成功通过，执行所述控制指令；若否，拒绝执行所述控制指令。
在实际应用中，图2为数据加签验签系统结构图，如图2所示，数据加签验签技术是以发送者的私钥加密控制指令摘要，然后与原文一起传送给接收者，接收者只有用发送者的公钥才能解密被加密的控制指令摘要，然后用Hash函数对收到的控制指令摘要，与解密的控制指令摘要对比；如果相同，则说明收到的信息是完整的，在传输过程中没有被修改，否则说明信息被修改过。其中，图2中的“命令”为“控制指令”，“私匙”为“私钥”。
工作过程如下：首先，控制中心将控制指令密文、控制指令摘要和公钥一起发送给服务器和控制器；然后，服务器和控制器在存储或使用控制信息前都要先进行验签，验签通过才会进行下一步处理；最后，服务器和控制器接收到控制信息进行验签。
控制指令明文先用公钥解密，然后用Hash算法得到控制指令摘要，再与控制中心发送的控制指令摘要进行比较；2个控制指令摘要相等，说明控制信息传输过程中没有被修改，验签成功通过，可以执行控制指令，否则拒绝执行。
步骤105：若验签通过，执行所述控制指令，并对所述控制指令进行工作量证明后存入区数据库系统中的所有服务器。
在实际应用中，所述步骤105具体包括：所述区数据库系统包括多个区数据库子系统；在任一个所述区数据库子系统中，对设定数量的所述控制指令应用SHA-256算法不断计算所述控制指令的区块头的SHA-256哈希值，并不断修改随机数Nonce值；根据所述区块头的SHA-256哈希值生成Merkle根；根据所述Merkle根以及所述随机数Nonce值进行挖掘，生成符合设定难度的本区哈希值，并将所述本区哈希值传递至所述区数据库子系统中剩余服务器进行验证；若验证成功后，将所述控制指令存入所述区数据库子系统中的所有服务器，并进入下一个区数据库子系统中，直至将所有所述控制指令存入所述区数据库系统中的所有服务器。
在实际应用中，验签通过后，再经过工作量证明后存入区数据库系统服务器，并进行传递，此时区数据库系统中所有服务器都记录下本次控制指令信息。控制指令信息存入分布式区数据网络，便永久不可更改、无法删除。
区数据库系统的建立：区数据库系统主要用来对传输的数据进行记录、存储、查询，根据区数据库系统的特性，数据一旦存入就无法更改，分布式永久保存。图3为本发明所提供的区数据库系统建立流程图，区数据库系统如图3所示：
首先，区数据库系统服务器接收控制中心发来的控制信息1，先进行验签。验签通过，提取控制信息的控制指令摘要，记为Hash1。对于控制信息2，提取控制指令摘要Hash2。然后再次提取Hash1和Hash2的控制指令摘要，得到Hash12。同样，对于控制信息n-1和控制信n，依此得到Hashn-1、Hashn、Hashn-1n。最后由Hash12、……、Hashn-1n得到Hash12……n-1n，即得到Merkle根。
然后，将Merkle根、前置区Hash等区头信息，配以随机数Nonce进行挖掘，得到符合事先设定难度的本区Hash，并进行传递。在得到区数据库子系统其他服务器验证成功后，本区块挖掘完毕，成功存入区数据库子系统。最后，区数据库子系统进入下一个区块，重复以上步骤，就能将所有控制信息录入区数据库系统。控制信息的数据结构包括控制指令明文、控制中心公钥、控制指令控制指令摘要、控制指令控制指令密文等数据。
步骤106：利用所述区数据库系统根据所述控制指令中控制器ID，将所述控制指令发送至对应的控制器。图4为本发明所提供的控制中心、服务器以及区数据库子系统之间的验签关系图，如图4所示，其中，区数据库验签即为区数据库子系统验签。
步骤107：利用所述控制器对所述控制指令再次验签；若验签通过，令所述控制器执行所述控制指令，若验签未通过，令所述控制器拒绝执行所述控制指令。
实施例二
为了执行上述实施例一对应的方法，以实现相应的功能和技术效果，下面提供一种智慧电厂数据安全传输系统。
图5为本发明所提供的智慧电厂数据安全传输系统结构图，如图5所示，一种智慧电厂数据安全传输系统，包括：
控制指令获取模块501，用于获取控制中心的控制指令；所述控制中心配有ID、公钥及私钥；所述控制指令包括控制器ID以及控制指令明文；
控制指令摘要生成模块502，用于利用所述私钥将所述控制指令明文加密成控制指令密文，并利用Hash算法生成控制指令摘要；
发送模块503，用于将所述控制指令明文、所述控制指令密文、所述控制指令摘要以及所述公钥发送至服务器；
第一验签模块504，用于利用所述服务器对所述控制指令明文验签。
在实际应用中，所述第一验签模块504，具体包括：控制指令摘要解密单元，用于利用所述公钥解密所述控制指令明文，并利用哈希算法生成解密的控制指令摘要；第一判断单元，用于判断所述解密的控制指令摘要与所述控制指令中的控制指令摘要是否相等；控制指令执行单元，用于若是，确定所述控制指令未被修改，验签成功通过，执行所述控制指令；控制指令拒绝执行单元，用于若否，拒绝执行所述控制指令。
工作量证明及控制指令存入模块505，用于若验签通过，执行所述控制指令，并对所述控制指令进行工作量证明后存入区数据库系统中的所有服务器。
在实际应用中，所述工作量证明及控制指令存入模块505，具体包括：所述区数据库系统包括多个区数据库子系统；哈希值及Nonce值计算单元，用于在任一个所述区数据库子系统中，对设定数量的所述控制指令应用SHA-256算法不断计算所述控制指令的区块头的SHA-256哈希值，并不断修改随机数Nonce值；Merkle根生成单元，用于根据所述区块头的SHA-256哈希值生成Merkle根；本区哈希值传递单元，用于根据所述Merkle根以及所述随机数Nonce值进行挖掘，生成符合设定难度的本区哈希值，并将所述本区哈希值传递至所述区数据库子系统中剩余服务器进行验证；控制指令存入单元，用于若验证成功后，将所述控制指令存入所述区数据库子系统中的所有服务器，并进入下一个区数据库子系统中，直至将所有所述控制指令存入所述区数据库系统中的所有服务器。
控制指令发送模块506，用于利用所述区数据库系统根据所述控制指令中控制器ID，将所述控制指令发送至对应的控制器。
再次验签模块507，用于利用所述控制器对所述控制指令再次验签；若验签通过，令所述控制器执行所述控制指令，若验签未通过，令所述控制器拒绝执行所述控制指令。
实施例三
本发明实施例提供一种电子设备包括存储器及处理器，该存储器用于存储计算机程序，该处理器运行计算机程序以使电子设备执行实施例一的智慧电厂数据安全传输方法。
在实际应用中，上述电子设备可以是服务器。
实施例四
本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，其存储有计算机程序所述计算机程序被处理器执行时实现上述智慧电厂数据安全传输方法。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (6)

1.一种智慧电厂数据安全传输方法，其特征在于，包括：
获取控制中心的控制指令；所述控制中心配有ID、公钥及私钥；所述控制指令包括控制器ID以及控制指令明文；
利用所述私钥将所述控制指令明文加密成控制指令密文，并利用Hash算法生成控制指令摘要；
将所述控制指令明文、所述控制指令密文、所述控制指令摘要以及所述公钥发送至服务器；
利用所述服务器对所述控制指令明文验签；
若验签通过，执行所述控制指令，并对所述控制指令进行工作量证明后存入区数据库系统中的所有服务器；所述对所述控制指令进行工作量证明后存入区数据库系统中的所有服务器，具体包括：所述区数据库系统包括多个区数据库子系统；在任一个所述区数据库子系统中，对设定数量的所述控制指令应用SHA-256算法不断计算所述控制指令的区块头的SHA-256哈希值，并不断修改随机数Nonce值；根据所述区块头的SHA-256哈希值生成Merkle根；根据所述Merkle根以及所述随机数Nonce值进行挖掘，生成符合设定难度的本区哈希值，并将所述本区哈希值传递至所述区数据库子系统中剩余服务器进行验证；若验证成功后，将所述控制指令存入所述区数据库子系统中的所有服务器，并进入下一个区数据库子系统中，直至将所有所述控制指令存入所述区数据库系统中的所有服务器；
利用所述区数据库系统根据所述控制指令中控制器ID，将所述控制指令发送至对应的控制器；
利用所述控制器对所述控制指令再次验签；若验签通过，令所述控制器执行所述控制指令，若验签未通过，令所述控制器拒绝执行所述控制指令。
2.根据权利要求1所述的智慧电厂数据安全传输方法，其特征在于，所述利用所述服务器对所述控制指令明文验签，具体包括：
利用所述公钥解密所述控制指令明文，并利用哈希算法生成解密的控制指令摘要；
判断所述解密的控制指令摘要与所述控制指令中的控制指令摘要是否相等；
若是，确定所述控制指令未被修改，验签成功通过，执行所述控制指令；
若否，拒绝执行所述控制指令。
3.一种智慧电厂数据安全传输系统，其特征在于，包括：
控制指令获取模块，用于获取控制中心的控制指令；所述控制中心配有ID、公钥及私钥；所述控制指令包括控制器ID以及控制指令明文；
控制指令摘要生成模块，用于利用所述私钥将所述控制指令明文加密成控制指令密文，并利用Hash算法生成控制指令摘要；
发送模块，用于将所述控制指令明文、所述控制指令密文、所述控制指令摘要以及所述公钥发送至服务器；
第一验签模块，用于利用所述服务器对所述控制指令明文验签；
工作量证明及控制指令存入模块，用于若验签通过，执行所述控制指令，并对所述控制指令进行工作量证明后存入区数据库系统中的所有服务器；所述工作量证明及控制指令存入模块，具体包括：所述区数据库系统包括多个区数据库子系统；哈希值及Nonce值计算单元，用于在任一个所述区数据库子系统中，对设定数量的所述控制指令应用SHA-256算法不断计算所述控制指令的区块头的SHA-256哈希值，并不断修改随机数Nonce值；Merkle根生成单元，用于根据所述区块头的SHA-256哈希值生成Merkle根；本区哈希值传递单元，用于根据所述Merkle根以及所述随机数Nonce值进行挖掘，生成符合设定难度的本区哈希值，并将所述本区哈希值传递至所述区数据库子系统中剩余服务器进行验证；控制指令存入单元，用于若验证成功后，将所述控制指令存入所述区数据库子系统中的所有服务器，并进入下一个区数据库子系统中，直至将所有所述控制指令存入所述区数据库系统中的所有服务器；
控制指令发送模块，用于利用所述区数据库系统根据所述控制指令中控制器ID，将所述控制指令发送至对应的控制器；
再次验签模块，用于利用所述控制器对所述控制指令再次验签；若验签通过，令所述控制器执行所述控制指令，若验签未通过，令所述控制器拒绝执行所述控制指令。
4.根据权利要求3所述的智慧电厂数据安全传输系统，其特征在于，所述第一验签模块，具体包括：
控制指令摘要解密单元，用于利用所述公钥解密所述控制指令明文，并利用哈希算法生成解密的控制指令摘要；
第一判断单元，用于判断所述解密的控制指令摘要与所述控制指令中的控制指令摘要是否相等；
控制指令执行单元，用于若是，确定所述控制指令未被修改，验签成功通过，执行所述控制指令；
控制指令拒绝执行单元，用于若否，拒绝执行所述控制指令。
5.一种电子设备，其特征在于，包括存储器及处理器，所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器运行所述计算机程序以使所述电子设备执行如权利要求1-2中任一项所述的智慧电厂数据安全传输方法。
6.一种计算机可读存储介质，其特征在于，其存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-2中任一项所述的智慧电厂数据安全传输方法。
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