CN118568732A - 物联电能表的程序合法性验证方法、装置、设备及介质 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种物联电能表的程序合法性验证方法、装置、设备及介质，该物联电能表的程序合法性验证方法应用于物联电能表操作系统的启动层，包括获取启动引导程序，利用SM3算法根据启动引导程序和启动引导程序的字节长度获得启动引导程序的HASH值；将HASH值和启动引导程序中预设的验证数据写入物联电能表的ESAM芯片，以通过ESAM芯片验证启动引导程序的合法性。本申请将启动引导程序和启动引导程序的字节长度代入SM3算法计算出启动引导程序的哈希值，并通过物联电能表的ESAM芯片验证启动引导程序的哈希值和启动引导程序中预设的验证数据，实现验证启动引导程序的合法性，解决了物联电能表启动引导程序能被恶意篡改的问题，提高了物联电能表的安全性和可靠性。

Description

物联电能表的程序合法性验证方法、装置、设备及介质

技术领域

本申请涉及程序验证技术领域，具体涉及一种物联电能表的程序合法性验证方法、装置、设备及介质。

背景技术

目前国网物联电能表的程序包含负责启动操作系统并使操作系统运行的启动引导程序，然而，当前没有能验证物联电能表启动引导程序合法性的技术手段，使物联电能表在面对恶意篡改启动引导程序的行为时不能做出有效防护，因此，对于物联电能表这种安全级别高的设备，亟需一种能验证其启动引导程序合法性的技术方案。

发明内容

鉴于以上问题，本申请提供一种物联电能表的程序合法性验证方法，以解决上述技术问题。

第一方面，本申请提供一种物联电能表的程序合法性验证方法，应用于物联电能表操作系统的启动层，包括：

获取启动引导程序，利用SM3算法，根据所述启动引导程序和所述启动引导程序的字节长度获得所述启动引导程序的HASH值；

将所述HASH值和所述启动引导程序中预设的验证数据写入所述物联电能表的ESAM芯片，以通过所述ESAM芯片验证所述启动引导程序的合法性。

在一些实施例中，所述获取启动引导程序的步骤，包括：

从所述启动引导程序的初始地址开始读取i次所述启动引导程序，每次读取64字节的所述启动引导程序，所述i≥1；

使用二进制数将第i次读取的所述启动引导程序填充至64字节。

在一些实施例中，所述启动引导程序中预设的验证数据包括：

所述启动引导程序的数字签名和所述启动引导程序的证书序列号。

在一些实施例中，所述将所述HASH值和所述启动引导程序中预设的验证数据写入所述物联电能表的ESAM芯片，以通过所述ESAM芯片验证所述启动引导程序的合法性的步骤之后，包括：

判断所述启动引导程序的合法性，若所述启动引导程序合法，则运行所述启动引导程序；

若所述启动引导程序不合法，则获取并运行备份的启动引导程序。

在一些实施例中，所述判断所述启动引导程序的合法性的步骤，还包括：

若所述启动引导程序合法，则备份所述启动引导程序。

在一些实施例中，所述获取启动引导程序，利用SM3算法，根据所述启动引导程序和所述启动引导程序的字节长度获得所述启动引导程序的HASH值的步骤之前，还包括：

获取所述启动引导程序的字节长度；

判断所述启动引导程序的字节长度是否符合预设的字节长度，若所述启动引导程序的字节长度符合预设的字节长度，则执行步骤：获取启动引导程序，利用SM3算法，根据所述启动引导程序和所述启动引导程序的字节长度获得所述启动引导程序的HASH值；

若所述启动引导程序的字节长度不符合预设的字节长度，则获取并运行备份的启动引导程序。

在一些实施例中，所述获取所述启动引导程序的字节长度的步骤之前，还包括：

编译所述启动引导程序以生成.bin格式的所述启动引导程序，将所述.bin格式的所述启动引导程序烧写至所述物联电能表的FLASH存储单元。

第二方面，本申请提供一种物联电能表的程序合法性验证装置，包括：

读取模块，用于获取启动引导程序，利用SM3算法，根据所述启动引导程序和所述启动引导程序的字节长度，获得所述启动引导程序的HASH值；

验证模块，用于将所述HASH值和所述启动引导程序中预设的验证数据写入所述物联电能表的ESAM芯片，以通过所述ESAM芯片验证所述启动引导程序的合法性。

第三方面，本申请提供一种电子设备，包括存储器和处理器，其中：

所述存储器用于存储计算机程序；

所述处理器用于读取所述存储器中的程序并执行如上述第一方面提供的物联电能表的程序合法性验证方法的步骤。

第四方面，本申请提供一种计算机可读存储介质，其上存储有可读的计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上述第一方面提供的物联电能表的程序合法性验证方法的步骤。

本申请提供的一种物联电能表的程序合法性验证方法、装置、设备及介质，包括：获取启动引导程序，利用SM3算法，根据启动引导程序和启动引导程序的字节长度获得启动引导程序的HASH值；将HASH值和启动引导程序中预设的验证数据写入物联电能表的ESAM芯片，以通过ESAM芯片验证启动引导程序的合法性。本申请提供的物联电能表的程序合法性验证方法，将启动引导程序和启动引导程序的字节长度代入SM3算法，计算出启动引导程序的哈希值，并通过物联电能表的ESAM芯片验证启动引导程序的哈希值和启动引导程序中预设的验证数据，实现验证启动引导程序的合法性，解决了物联电能表启动引导程序能被恶意篡改的问题，提高了物联电能表安全性和可靠性。

本申请的这些方面或其他方面在以下实施例的描述中会更加简明易懂。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例描述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申请的一些实施例，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示出了本申请实施例提供的物联电能表的程序合法性验证方法的流程图。

图2示出了本申请实施例提供的物联电能表的程序合法性验证方法的步骤S100的流程图。

图3示出了本申请实施例提供的物联电能表的程序合法性验证方法的又一种流程图。

图4示出了本申请实施例提供的物联电能表的程序合法性验证方法的又一种流程图。

图5示出了本申请实施例提供的物联电能表的程序合法性验证方法的又一种流程图。

图6示出了本申请实施例提供的物联电能表的程序合法性验证方法的又一种流程图。

图7示出了本申请实施例提供的物联电能表的程序合法性验证装置的示意图。

图8示出了本申请实施例提供的电子设备的示意图。

图9示出了本申请实施例提供的计算机存储介质的示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请的方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域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，都属于本申请保护的范围。

本申请实施例中，需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。

而且，术语“包括”“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以下对本申请实施例提供的物联电能表的程序合法性验证方法的术语进行说明。

SM3算法：是采用的一种密码散列函数标准，由国家密码管理局于2010年12月17日发布。相关标准为“GM/T 0004-2012《SM3密码杂凑算法》”。

.bin格式：二进制文件，其用途依系统或应用而定。一种文件格式binary的缩写。一个后缀名为“.bin”的文件，只是表明它是binary格式。一般来讲是机器代码，汇编语言编译后的结果。烧写至单片机中可实现设备运行。

HASH值：也被称为散列值或哈希值，是通过特定的散列算法从任意长度的输入数据转换得到的固定长度的输出值。这种转换是一种压缩映射，由于散列值的空间通常远小于输入的空间，不同的输入可能会散列成相同的输出。这意味着不可能从散列值唯一确定对应的输入值。HASH值在信息安全、数据加密、文件校验等领域有广泛应用。

ESAM芯片：即嵌入式安全控制模块芯片。ESAM具有传感器、独立的内部时钟、SFI的检测机制、被动和主动盾牌、胶合逻辑、握手电路、高密度多层技术，还具有金属屏蔽防护层、探测到外部攻击后内部数据自毁、总线和内存加密、虚拟地址、芯片防篡改设计、唯一序列号、硬件错误检测、随机数发生器、预测功率分析等安全结构，还具有防检测、抗攻击、自毁等硬件安全特性。ESAM芯片操作系统具有安全的文件密钥存储、完善的安全机制、标准的加密算法等特点。ESAM芯片的应用是和各种专用或通用智能设备相关的，对于所有需要身份认证、数据加/解密、安全存储、通讯保密等较高数据安全要求的产品和应用系统，ESAM芯片都可以发挥其独到的安全控制作用。拥有身份双向认证、数据加解密、分散密钥导出、内部分散密钥、数字签名、电子钱包、传输线路保护、数据安全存储等功能特点。

本申请实施例提供一种物联电能表的程序合法性验证方法，应用于物联电能表操作系统的启动层，图1示出了本申请实施例提供的物联电能表的程序合法性验证方法的流程图，如图1所示，该方法包括：

步骤S100：获取启动引导程序，利用SM3算法，根据启动引导程序和启动引导程序的字节长度获得启动引导程序的HASH值。可选地，启动引导程序存储于物联电能表内单片机/MCU等处理芯片的FLASH里，将启动引导程序和启动引导程序的字节长度代入SM3算法计算，即可计算出启动引导程序的HASH值。

步骤S200：将HASH值和启动引导程序中预设的验证数据写入物联电能表的ESAM芯片，以通过ESAM芯片验证启动引导程序的合法性。

本申请实施例提供的物联电能表的程序合法性验证方法，将启动引导程序和启动引导程序的字节长度代入SM3算法，计算出启动引导程序的哈希值，并通过物联电能表的ESAM芯片验证启动引导程序的哈希值和启动引导程序中预设的验证数据，实现验证启动引导程序的合法性，解决了物联电能表启动引导程序能被恶意篡改的问题，提高了物联电能表安全性和可靠性。

在一些实施例中，图2示出了本申请实施例提供的物联电能表的程序合法性验证方法的步骤S100的流程图，如图2所示，步骤S100：获取启动引导程序的步骤，包括：

步骤S110：从启动引导程序的初始地址开始读取i次启动引导程序，每次读取64字节的启动引导程序，i≥1。

步骤S120：使用二进制数将第i次读取的启动引导程序填充至64字节。可选地，SM3算法是以64字节长度进行HASH值计算，因此若第i次读取的启动引导程序的字节长度不足64，则填充第i次读取的启动引导程序至64字节，反之，若第i次读取的启动引导程序的字节长度为64，即启动引导程序的字节长度为64字节的倍数，则不用填充第i次读取的启动引导程序。

在一个示例中，本申请实施例使用二进制数0填充第i次读取的启动引导程序。在另一个示例中，本申请实施例使用二进制数1填充第i次读取的启动引导程序。在又一个示例中，本申请实施例同时使用了二进制数1和0以填充第i次读取的启动引导程序。

可选地，本申请实施例将启动引导程序从FLASH读取到RAM存储，等到启动引导程序全部存储到RAM，且第i次读取的启动引导程序被填充至64字节时，将启动引导程序和启动引导程序的字节长度代入SM3算法，以此计算出启动引导程序的HASH值。

作为一种实施方式，本申请实施例通过算法实现步骤S110、步骤S120，算法流程为：

判断j≤len/64，其中，len为启动引导程序的字节长度，“len/64”表示len除以64的商，j初始值为0。

若j＜len/64，则使j的值加一，并读取64字节的启动引导程序并存储到RAM中，返回执行判断j≤len/64。该流程即为步骤S110：从启动引导程序的初始地址开始读取i次启动引导程序，每次读取64字节的启动引导程序。

若j＝len/64，则使j的值加一并读取启动引导程序，且使用二进制数将启动引导程序填充至64字节，随后存储到RAM中，返回执行判断j≤len/64。该流程即为步骤S120：使用二进制数将第i次读取的启动引导程序填充至64字节。

若j＞len/64，则表示全部启动引导程序已经被读取，此时将启动引导程序和启动引导程序的字节长度代入SM3算法计算，得到启动引导程序的HASH值。

可以理解的，上述算法流程仅用于说明本申请实施例步骤S110和步骤S120的一种算法程序实现方式，事实上，本申请实施例步骤S110和步骤S120可以通过多种不同算法程序实现。

在一些实施例中，本申请实施例提供的物联电能表的程序合法性验证方法中，启动引导程序中预设的验证数据包括：

启动引导程序的数字签名和启动引导程序的证书序列号。

可以理解的是，启动引导程序的数字签名和启动引导程序的证书序列号是编译生成启动引导程序时自动生成的，且程序的数字签名和证书序列号也是程序验证的公开内容，因此此处不再对数字签名和证书序列号进行详细说明。

本申请实施例提供的物联电能表的程序合法性验证方法，将启动引导程序的HASH值、数字签名和证书序列号写入ESAM芯片进行验证，从而实现验证启动引导程序的合法性，解决了物联电能表启动引导程序能被恶意篡改的问题，提高了物联电能表安全性和可靠性。

在一些实施例中，图3示出了本申请实施例提供的物联电能表的程序合法性验证方法的又一种流程图，如图3所示，步骤S200：将HASH值和启动引导程序中预设的验证数据写入物联电能表的ESAM芯片，以通过ESAM芯片验证启动引导程序的合法性的步骤之后，包括：

步骤S300：判断启动引导程序的合法性，若启动引导程序合法，则运行启动引导程序，以将物联电能表开机。

若启动引导程序不合法，则获取并运行备份的启动引导程序。

在一些实施例中，备份的启动引导程序存储于物联电能表内的FLASH里，若启动引导程序不合法，则回滚到备份程序区，以读取FLASH里备份的启动引导程序，使用备份的启动引导程序将物联电能表开机。

可以理解的是，启动引导程序和备份的启动引导程序均存储于FLASH里，但两者存储于FLASH的不同地址区域。

本申请实施例提供的物联电能表的程序合法性验证方法，若启动引导程序不合法，则使用备份的启动引导程序驱动操作系统，实现了物联电能表的高防护处理机制，不影响物联电能表的运行。

在一些实施例中，图4示出了本申请实施例提供的物联电能表的程序合法性验证方法的又一种流程图，如图4所示，步骤S300：判断启动引导程序的合法性的步骤，还包括：

若启动引导程序合法，则备份启动引导程序。可选地，若启动引导程序合法，则将启动引导程序备份到FLASH里，以在后续启动引导程序验证不合法时能使用备份的启动引导程序。

在一些实施例中，图5示出了本申请实施例提供的物联电能表的程序合法性验证方法的又一种流程图，如图5所示，步骤S100：获取启动引导程序，利用SM3算法，根据启动引导程序和启动引导程序的字节长度获得启动引导程序的HASH值的步骤之前，还包括：

步骤S80：获取启动引导程序的字节长度。

步骤S90：判断启动引导程序的字节长度是否符合预设的字节长度，若启动引导程序的字节长度符合预设的字节长度，则执行步骤：获取启动引导程序，利用SM3算法，根据启动引导程序和启动引导程序的字节长度获得启动引导程序的HASH值。可选地，预设的字节长度即为合法的启动引导程序的字节长度，若启动引导程序遭到恶意篡改，则其字节长度可能发生变化。

若启动引导程序的字节长度不符合预设的字节长度，则获取并运行备份的启动引导程序。

在一些实施例中，图6示出了本申请实施例提供的物联电能表的程序合法性验证方法的又一种流程图，如图6所示，步骤S80：获取启动引导程序的字节长度的步骤之前，还包括：

步骤S70：编译启动引导程序以生成.bin格式的启动引导程序，将.bin格式的启动引导程序烧写至物联电能表的FLASH存储单元。可选地，本申请实施例通过编译软件将启动引导程序编译生成.bin文件，并将.bin文件存储到FLASH的指定位置，即.bin文件的内容就是物联电能表的启动引导程序。

在一些实施例中，只需要初始应用时执行步骤S70：编译启动引导程序以生成.bin格式的启动引导程序，将.bin格式的启动引导程序烧写至物联电能表的FLASH存储单元，对于物联电能表，只要不修改启动引导程序，则不需要执行步骤S70。

在一些实施例中，物联电能表操作系统的启动层具体包括OS层和驱动层两个部分，物联电能表启动后，需要在OS层执行一次本申请实施例提供的物联电能表的程序合法性验证方法，也需要在驱动层执行一次本申请实施例提供的物联电能表的程序合法性验证方法。可以理解的是，OS层的启动引导程序和驱动层的启动引导程序均存储在FLASH中，但存储的地址区域不同。

本申请实施例提供的物联电能表的程序合法性验证方法，将启动引导程序和启动引导程序的字节长度代入SM3算法，计算出启动引导程序的哈希值，并通过物联电能表的ESAM芯片验证启动引导程序的哈希值和启动引导程序中预设的验证数据，实现验证启动引导程序的合法性，对于不合法的启动引导程序，则回滚运行备份的启动引导程序，解决了物联电能表启动引导程序能被恶意篡改的问题，实现了物联电能表的高防护处理机制，不影响物联电能表的运行，提高了物联电能表安全性和可靠性。

基于上述物联电能表的程序合法性验证方法，本申请实施例提供一种物联电能表的程序合法性验证装置，图7示出了本申请实施例提供的物联电能表的程序合法性验证装置的示意图，如图7所示，该装置包括：

读取模块，用于获取启动引导程序，利用SM3算法，根据启动引导程序和启动引导程序的字节长度，获得启动引导程序的HASH值；

验证模块，用于将HASH值和启动引导程序中预设的验证数据写入物联电能表的ESAM芯片，以通过ESAM芯片验证启动引导程序的合法性。

关于上述物联电能表的程序合法性验证装置中各模块实现上述技术方案的其他细节，可参见上述发明实施例中提供的物联电能表的程序合法性验证方法中的描述，此处不再赘述。

基于上述物联电能表的程序合法性验证方法，本申请实施例还提供一种电子设备，图8示出了本申请实施例提供的电子设备的示意图，如图8所示，本申请实施例提供的电子设备包括处理器81和与该处理器81耦合的存储器82。存储器82存储有计算机程序，计算机程序被处理器81执行时，使得处理器81执行上述实施例中的物联电能表的程序合法性验证方法的步骤。

关于上述电子设备中处理器81实现上述技术方案的其他细节，可参见上述发明实施例中提供的物联电能表的程序合法性验证方法中的描述，此处不再赘述。

其中，处理器81还可以称为CPU(CentralProcessingUnit，中央处理单元)，处理器81可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力；处理器81还可以是通用处理器、DSP(Digital Signal Process，数字信号处理器)、ASIC(Application Specific IntegratedCircuit，专用集成电路)、FPGA(Field Programmable Gata Array，现场可编程门阵列)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件，其中通用处理器可以是微处理器或者该处理器81也可以是任何常规的处理器等。

基于上述的物联电能表的程序合法性验证方法，本申请实施例还提供一种计算机可读存储介质，图9示出了本申请实施例提供的计算机存储介质的示意图，如图9所示，本申请实施例还提供了一种计算机可读存储介质，该存储介质上存储有可读的计算机程序91；其中，该计算机程序91可以以软件产品的形式存储在上述存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)或处理器(processor)执行本申请各个实施方式所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、磁碟或者光盘、ROM(Read-Only Memory，只读存储器)、RAM(Random Access Memory，随机存取存储器)等各种可以存储程序代码的介质，或者是计算机、服务器、手机、平板等终端设备。

以上内容是结合具体的实施方式对本申请所做的进一步详细说明，不能认定本申请的具体实施只局限于这些说明。对于本申请所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应视为本申请的保护范围。

Claims (10)

1.一种物联电能表的程序合法性验证方法，其特征在于，应用于物联电能表操作系统的启动层，包括：

获取启动引导程序，利用SM3算法，根据所述启动引导程序和所述启动引导程序的字节长度获得所述启动引导程序的HASH值；

将所述HASH值和所述启动引导程序中预设的验证数据写入所述物联电能表的ESAM芯片，以通过所述ESAM芯片验证所述启动引导程序的合法性。

2.如权利要求1所述的物联电能表的程序合法性验证方法，其特征在于，所述获取启动引导程序的步骤，包括：

从所述启动引导程序的初始地址开始读取i次所述启动引导程序，每次读取64字节的所述启动引导程序，所述i≥1；

使用二进制数将第i次读取的所述启动引导程序填充至64字节。

3.如权利要求1所述的物联电能表的程序合法性验证方法，其特征在于，所述启动引导程序中预设的验证数据包括：

所述启动引导程序的数字签名和所述启动引导程序的证书序列号。

4.如权利要求1所述的物联电能表的程序合法性验证方法，其特征在于，所述将所述HASH值和所述启动引导程序中预设的验证数据写入所述物联电能表的ESAM芯片，以通过所述ESAM芯片验证所述启动引导程序的合法性的步骤之后，包括：

判断所述启动引导程序的合法性，若所述启动引导程序合法，则运行所述启动引导程序；

若所述启动引导程序不合法，则获取并运行备份的启动引导程序。

5.如权利要求4所述的物联电能表的程序合法性验证方法，其特征在于，所述判断所述启动引导程序的合法性的步骤，还包括：

若所述启动引导程序合法，则备份所述启动引导程序。

6.如权利要求1所述的物联电能表的程序合法性验证方法，其特征在于，所述获取启动引导程序，利用SM3算法，根据所述启动引导程序和所述启动引导程序的字节长度获得所述启动引导程序的HASH值的步骤之前，还包括：

获取所述启动引导程序的字节长度；

判断所述启动引导程序的字节长度是否符合预设的字节长度，若所述启动引导程序的字节长度符合预设的字节长度，则执行步骤：获取启动引导程序，利用SM3算法，根据所述启动引导程序和所述启动引导程序的字节长度获得所述启动引导程序的HASH值；

若所述启动引导程序的字节长度不符合预设的字节长度，则获取并运行备份的启动引导程序。

7.如权利要求6所述的物联电能表的程序合法性验证方法，其特征在于，所述获取所述启动引导程序的字节长度的步骤之前，还包括：

编译所述启动引导程序以生成.bin格式的所述启动引导程序，将所述.bin格式的所述启动引导程序烧写至所述物联电能表的FLASH存储单元。

8.一种物联电能表的程序合法性验证装置，其特征在于，包括：

读取模块，用于获取启动引导程序，利用SM3算法，根据所述启动引导程序和所述启动引导程序的字节长度，获得所述启动引导程序的HASH值；

验证模块，用于将所述HASH值和所述启动引导程序中预设的验证数据写入所述物联电能表的ESAM芯片，以通过所述ESAM芯片验证所述启动引导程序的合法性。

9.一种电子设备，其特征在于，包括存储器和处理器，其中：

所述存储器用于存储计算机程序；

所述处理器用于读取所述存储器中的计算机程序，并执行如权利要求1～7任一所述的物联电能表的程序合法性验证方法的步骤。

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，其上存储有可读的计算机程序，该程序被处理器执行时实现如权利要求1～7任一所述的物联电能表的程序合法性验证方法的步骤。