CN202818288U - 电力线信息防泄密阻断装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电力线信息防泄密阻断装置，包括可编程门阵列FPGA和微处理器DSP，可编程门阵列FPGA将接收到的电力线上的通信信息和辐射传导信息处理后发送到微处理器DSP，微处理器DSP对接收信息进行相关特征信号提取后传送到可编程门阵列FPGA，可编程门阵列FPGA将提取的相关特征信号处理成乱码信号后再将乱码信号调制为宽带信号并耦合到电源线的交流端。本实用新型可防范信息设备通过电源通信和电磁辐射传导泄密，实现阻断通信，防护电磁辐射的有用信息被接收。

Description

电力线信息防泄密阻断装置

技术领域

本实用新型涉及一种信息保护装置，尤其涉及一种低压电力线（220V）信息防泄密阻断装置，用于对可能的利用电力线载波通信作为隐蔽通信信道进行技术窃密、泄密以及通过电磁辐射由电力线传导泄密的行为进行有效防护。

背景技术

电力线是当今最普通、覆盖面最广的一种物理媒介，由其构成的电力网是一个近乎天然的物理网络。利用电力网的资源潜力，在不影响传输电能的前提下，将电力输送网和通讯网合二为一，使之成为继电信、电话、无线通讯、卫星通讯之后的又一通信网，是多年来国内外科技人员技术攻关的一个热点。电力线载波通讯就是在这种背景下产生的，它以电力网作为信道，实现数据传递和信息交换。电力线作为载波信号的传输媒介，是唯一不需要线路投资的有线通信方式。作为通讯技术的一个新兴应用领域，电力载波通讯技术以其诱人的前景及潜在的巨大市场而为世界关注。

目前，窄带PLC的载波频率范围在不同国家、不同地区是不一样的，美国为 50kHz～450kHz，欧洲为 3kHz～148.5kHz(95kHz以下用于接入通信，95kHz以上用于户内通信)，中国为3kHz～500kHz，IEC61000-3-8规定的是3kHz-500kHz。宽带电力载波通信，各国也不一样，在美国为 4MHz～20MHz(HomePlug1.0版)，主要用于户内。欧洲ETSI规定为1.6MHz～10MHz(接入通信)和10MHz～30MHz(户内通信)，而欧盟CENELEC标准分界点为13MHz。

而我国从上世纪50年代开始从事电力线载波通讯技术的研究。90年代初期以后，电力线载波技术的需求随着我国经济的发展进一步扩大。目前，该技术开始应用于家居自动化、远程抄表、宽带上网等领域。专家介绍，在一些干扰大、布线困难的工业领域若要实现自动化控制，采用电力载波通讯方式能达到事半功倍的效果，因此，电力网又被喻为“未被挖掘的金山”。一根电力线就是一条“数据线”，在低压(220V)领域，电力载波技术首先用于负荷控制、远程抄表和家居自动化，传输速率一般为1200bps或更低，称为低速PLC。近几年国内外开展的利用低压电力线传输速率在1Mbps以上的电力线通信技术即为高速PLC，已得到应用，具有广泛推广之势。 在电力线载波通信日趋成熟的时代，由于绝大多数的数据存储、处理设备（如计算机、打印机、复印机、传真机，工厂的数控机床等）离不开电力线，如果电力载波通信信道是不为我们所知建立的一条隐蔽通道，那么这些设备间处理的所有数据的信息安全就无密可保，这必将带来极大的安全隐患。低压电力线泄密具有三大途径，一是通过电力载波上网，其数据很容易被别人截取，截取人只要通过电源线的任意点加上截取设备，就能轻而易举地获取信息，比起互联网线截取容易得多，并且，不容易别人发现。 二是国外敌对势力，完全有可能，在设备中预埋集成的电力载波通信芯片，通过电源线截取我党、政、军国家安全信息，或者在加工设备中截取资料，破环生产等，都可以通过这一途径实现。三是计算机信息通过电源线辐射，泄露有用信息。

现有技术中有过这样的试验，用某型号的电力猫，载波频率20MHz,通信速率200Mbps,试验时，用电源滤波器试图阻止通信，使用了不同品牌的电源滤波器进行滤波处理，在接地良好的状况下，能达到较好的滤波效果，试验证明通信顺畅。采用UPS电源供电，在通过UPS在线供电和用UPS单独供电的情况下，通信顺畅，甚至把UPS电源线拔掉，单独用UPS供电，信号可以从空中耦合，照常通信。通过以上试验可以看出，电源线极可能作为窃密、泄密通道，对我国家安全威胁的严重性不容低估，而据了解，由于基于电力线路的网络安全认知的缺失，在这方面的安全防护措施几乎是空白。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有电力线载波通讯技术存在的上述问题，提供一种电力线信息防泄密阻断装置，本实用新型可防范计算机通过电源通信和电磁辐射传导泄密，实现阻断通信，防护电磁辐射的有用信息被接收。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：

一种电力线信息防泄密阻断装置，其特征在于，包括可编程门阵列FPGA和微处理器DSP，可编程门阵列FPGA将接收到的电力线上的通信信息和辐射传导信息处理后发送到微处理器DSP，微处理器DSP对接收信息进行相关特征信号提取后传送到可编程门阵列FPGA，可编程门阵列FPGA将提取的相关特征信号处理成乱码信号后再将乱码信号调制为宽带信号并传送到电源线的交流端。

所述可编程门阵列FPGA包括数字滤波处理器、随机序列码产生器、特征信号无序加密器和宽带调制器，所述数字滤波处理器将通信信息和辐射传导信息处理并发送到微处理器DSP，随机序列码产生器将产生的随机序列信号发送到特征信号无序加密器，特征信号无序加密器将产生随机序列信号与提取的相关特征信号进行相关运算后，将相关特征信号处理成乱码信号并发送到宽带调制器，宽带调制器对乱码信号进行宽带调制，将乱码信号调制为宽带信号并传送到电源线的交流端。

本实用新型还包括设置在输入端的电源输入滤波器和与电源输入滤波器连接的接收电磁耦合器，接收电磁耦合器通过接收电路与数字滤波处理器连接，电源输入滤波器将通信信息和辐射传导信息滤波处理后发送到接收电磁耦合器，接收电磁耦合器接收通信信息和辐射传导信息并发送到现场可编程门阵列FPGA。

所述宽带调制器依次连接有信号放大器、耦合驱动器和发送电磁耦合器，宽带调制器将乱码信号调制为宽带信号发送到信号放大器放大后发送到耦合驱动器，耦合驱动器将信号驱动后通过发送电磁耦合器传送到电源线的交流端。

所述随机序列码产生器包括第一随机序列信号产生电路、第二随机序列信号产生电路、第三随机序列信号产生电路和第四随机序列信号产生电路，且四路随机序列信号产生电路的基准时钟均不相同。

采用本实用新型的优点在于：

一、采用本实用新型后，在整过传导通信信道范围无陷波点，同时，采用相关性信号处理，保证了信息的绝对安全，能达到使用滤波器无法达到的效果到达电网信号进不来，计算机电力通信或通过电力线辐射传导的信号出不去，可防范计算机通过电源通信和电磁辐射传导泄密，实现从3KHz到1.5GHz全频段阻断通信，防护电磁辐射的有用信息被接收。

二、本实用新型中，接收电磁耦合器接收电力线上的通信信息和辐射传导信息，并发送到现场可编程门阵列FPGA，现场可编程门阵列FPGA将接收到的通信信息和辐射传导信息处理为满足电力通信频率要求的信息并传送到微处理器DSP，微处理器DSP对接收到的信息进行相关特征信号提取，采用可编程门阵列FPGA和微处理器DSP的结合，接收电力线上的通信信息和辐射传导信息，进行高速数据处理，然后产生抗还原性强的随机序列信号，与接收信号进行相关处理，调制成宽带信号，再经过正弦波、方波、锯齿波、三角波，以及以上波形产生的谐波进行信号合成放大处理，产生出3KHz到1.5GHz的宽带信号，再通过耦合方式，耦合到电源线的220V交流端，使调制信号与电源线上的传导信号被扰乱，起到乱数加密的效果，再经低通滤波器滤波，起到了很好的电磁兼容性，使接收方接收到信号无法解调出信号所携带的真实信息。

三、本实用新型中，可编程门阵列FPGA产生随机序列信号，将产生随机序列信号与提取的相关特征信号进行相关运算后，将相关特征信号处理成乱码信号，再对乱码信号进行宽带调制，将乱码信号调制为宽带信号，起到乱数加密的效果，可靠性极高。

四、本实用新型中，所述随机序列信号为：现场可编程门阵列FPGA中的随机序列码产生器采用高强度的密码算法，由第一随机序列信号产生电路、第二随机序列信号产生电路、第三随机序列信号产生电路和第四随机序列信号产生电路并行产生的四路随机序列信号，四路随机序列信号分别采用了四个不同的基准时钟，输出合成的随机序列信号具有抗还原性强的特点。

五、本实用新型中，所述宽带信号通过信号放大器处理为3KHz～1.5GHz的宽带信号后合到电源线的交流端，在整过带宽范围内无陷波点，使得整过电力载波频段能起到防护作用，同时电磁辐射的高频信号也得到有效屏蔽，屏蔽作用是一内部加密和电磁辐射空中加密形成，本实用新型的调制信号是不可逆的过程，调制的信号不可还原度较高，对有线的电力载波信号和无线的电磁辐射信号起到通信和传导辐射全防护的作用。

六、本实用新型中，将宽带信号进行放大、驱动后，以电磁耦合方式耦合到电源线的交流端，通过耦合方式，将宽带信号耦合到220V电源线的交流端，耦合的带宽和幅度都比电力载波通信有更好的要求，实现了全频段无缝防护，使低频、高频、辐射传导信号、耦合信号无一例外得到防护。

七、本实用新型中，所述宽带信号进行放大、驱动后，再将宽带信号经低通滤波器滤波阻止高于100Hz以上的信号后，再耦合到电源线的交流端，由于理论上是准许100Hz以下的交流信号通过，而阻止高于100Hz以上的信号，但是因为滤波器器件，接地不良等原因，往往达不到理想的效果，而通过低通滤波器，可以削弱高频分量，防止加入的信号影响电气的正常工作，起到电磁兼容作用。

八、本实用新型中，一种电力线信息防泄密阻断装置包括可编程门阵列FPGA和微处理器DSP，可编程门阵列FPGA将接收到的电力线上的通信信息和辐射传导信息处理后发送到微处理器DSP，微处理器DSP对接收信息进行相关特征信号提取后传送到可编程门阵列FPGA，可编程门阵列FPGA将提取的相关特征信号处理成乱码信号后再将乱码信号调制为宽带信号并传送到电源线的交流端，采用可编程门阵列FPGA和微处理器DSP的结合，能实时处理信息，接收电力线上的通信信息和辐射传导信息，进行高速数据处理，不仅实现了乱数加密的目的，而且使接收方接收到信号无法解调出信号所携带的真实信息，且采用相关性信号处理，确保无法还原出真实信息。

九、本实用新型中，所述可编程门阵列FPGA包括数字滤波处理器、随机序列码产生器、特征信号无序加密器和宽带调制器，所述数字滤波处理器将通信信息和辐射传导信息处理并发送到微处理器DSP，随机序列码产生器将产生的随机序列信号发送到特征信号无序加密器，特征信号无序加密器将产生随机序列信号与提取的相关特征信号进行相关运算后，将相关特征信号处理成乱码信号并发送到宽带调制器，宽带调制器对乱码信号进行宽带调制，将乱码信号调制为宽带信号并传送到电源线的交流端，可以将接收的原信号处理为随机数字信号，这一信号和提取的相关信号调制，再经基于FPGA的DDS频率合成，产生出具备一定能量的3KHz～1.5GHz的高速扫频信号，防阻断效果更佳。

十、本实用新型还包括设置在输入端的电源输入滤波器和与电源输入滤波器连接的接收电磁耦合器，接收电磁耦合器通过接收电路与数字滤波处理器连接，电源输入滤波器将通信信息和辐射传导信息滤波处理后发送到接收电磁耦合器，接收电磁耦合器接收通信信息和辐射传导信息并发送到现场可编程门阵列FPGA，以削弱高频分量，防止加入的信号影响电气的正常工作，起到电磁兼容作用，无需接地良好等措施，就能达到使用滤波器无法达到的效果。

附图说明

图1为本实用新型结构原理示意图。

具体实施方式

实施例1

一种电力线信息防泄密阻断装置，包括可编程门阵列FPGA和微处理器DSP，可编程门阵列FPGA将接收到的电力线上的通信信息和辐射传导信息处理后发送到微处理器DSP，微处理器DSP对接收信息进行相关特征信号提取后传送到可编程门阵列FPGA，可编程门阵列FPGA将提取的相关特征信号处理成乱码信号后再将乱码信号调制为宽带信号并传送到电源线的交流端。

本实用新型的又一优选实施方式为，所述可编程门阵列FPGA包括数字滤波处理器、随机序列码产生器、特征信号无序加密器和宽带调制器，所述数字滤波处理器将通信信息和辐射传导信息处理并发送到微处理器DSP，随机序列码产生器将产生的随机序列信号发送到特征信号无序加密器，特征信号无序加密器将产生随机序列信号与提取的相关特征信号进行相关运算后，将相关特征信号处理成乱码信号并发送到宽带调制器，宽带调制器对乱码信号进行宽带调制，将乱码信号调制为宽带信号并传送到电源线的交流端。

本实用新型还包括设置在输入端的电源输入滤波器和与电源输入滤波器连接的接收电磁耦合器，接收电磁耦合器通过接收电路与数字滤波处理器连接，接收电路可采用现有技术中的接收电路，电源输入滤波器将通信信息和辐射传导信息滤波处理后发送到接收电磁耦合器，接收电磁耦合器接收通信信息和辐射传导信息并发送到现场可编程门阵列FPGA。

本实用新型的又一优选实施方式为，所述宽带调制器依次连接有信号放大器、耦合驱动器、发送电磁耦合器和电源输出滤波器，宽带调制器将乱码信号调制为宽带信号发送到信号放大器放大后发送到耦合驱动器，耦合驱动器将信号驱动后通过发送电磁耦合器和电源输出滤波器传送到电源线的交流端。

进一步地，所述随机序列码产生器包括第一随机序列信号产生电路、第二随机序列信号产生电路、第三随机序列信号产生电路和第四随机序列信号产生电路，且四路随机序列信号产生电路的基准时钟均不相同。

本实用新型中采用的所有电路及相关的器件均可采用现有技术，就可以实现本实用新型的目的。

以下对本实用新型的实现方法进行说明：

电力线信息防泄密阻断装置的工作方法，包括如下步骤：

a、接收电力线上的通信信息和辐射传导信息，并对通信信息和辐射传导信息进行相关特征信号提取；

b、将提取的相关特征信号处理成乱码信号，再将乱码信号调制为宽带信号；

c、将宽带信号传送到电源线的交流端，使宽带信号与电源线上的传导信号叠加，打乱通信信号或电磁辐射传导信号，使接收方接收到的信号无法解调出信号所携带的真实信息。

本实用新型的优选实施方式为，所述a步骤中，接收电磁耦合器接收电力线上的通信信息和辐射传导信息，并发送到现场可编程门阵列FPGA，现场可编程门阵列FPGA将接收到的通信信息和辐射传导信息处理为满足电力通信频率要求的信息并传送到微处理器DSP，微处理器DSP对接收到的信息进行相关特征信号提取。可编程门阵列FPGA和微处理器DSP均可采用现有技术中的可编程门阵列FPGA和微处理器DSP，可编程门阵列FPGA+微处理器DSP为最佳实施方式，在现有技术的基础上还可以作出若干变形，因而本实用新型并不局限于可编程门阵列FPGA+微处理器DSP的方式。

本实用新型的又一优选实施方式为，所述b步骤中，可编程门阵列FPGA产生随机序列信号，将产生随机序列信号与提取的相关特征信号进行相关运算后，将相关特征信号处理成乱码信号，再对乱码信号进行宽带调制，将乱码信号调制为宽带信号。

本实用新型的又一优选实施方式为，所述随机序列信号为：现场可编程门阵列FPGA中的随机序列码产生器采用高强度的密码算法，由不同基准时钟的第一随机序列信号产生电路、第二随机序列信号产生电路、第三随机序列信号产生电路和第四随机序列信号产生电路并行产生的四路随机序列信号。在此基础上，本领域的技术人员都知道选择哪些不同基准时钟的四路随机序列信号产生电路来并行产生四路随机序列信号。

本实用新型的又一优选实施方式为，所述c步骤中，将宽带信号进行放大、驱动后，以电磁耦合方式耦合到电源线的交流端。

进一步地，所述宽带信号通过信号放大器处理为3KHz～1.5GHz的宽带信号后耦合到电源线的交流端。

进一步地，所述宽带信号经低通滤波器滤波阻止高于100Hz以上的信号后，再耦合到电源线的交流端，即通过图中的电源输出滤波器滤波。

本实用新型中，相关特征信号是指：通信信号和辐射信号都具有一定的频谱特征，本实用新型通过接收的信号进行A/D转换，数字滤波，最后分辨出线路中是否存在具有通信的特征信号和辐射的特征信号。采用本实用新型对基于DSP的通信信号瞬时频率特征参数提取。

实施例2

以下对本实用新型作进一步的描述：

本实用新型主要针对目前低压电力载波通信采用的窄频通信和宽频通信进行阻断，同时对计算机、打印机、复印机、传真机、进口成套设备等辐射传导信号特征进行隔离处理。

本实用新型应用了DDS技术，采用FPGA+DSP大规模集成电路，接收电力线上的通信信息和辐射传导信息，进行高速数据处理，然后产生抗还原性强的随机序列信号，与接收信号进行相关处理，调制成宽带信号，再经过正弦波、方波、锯齿波、三角波，以及以上波形产生的谐波进行信号合成放大处理，产生出3KHz到1.5GHz的宽带信号，再通过耦合方式，耦合到电源线的220V交流端，使调制信号与电源线上的传导信号被扰乱，起到乱数加密的效果，再经低通滤波器滤波，起到了很好的电磁兼容性，使接收方接收到信号无法解调出信号所携带的真实信息。为了不影响线路的正常通信和设备的电磁兼容性，设备的输入输出端使用低通滤波器，起到了一定的隔离和电磁兼容的效果。

本实用新型通过接收电磁耦合器接收信号，送入FPGA数字滤波处理后，送DSP进行相关信号提取，由FPGA产生一种随机数字信号，与提取的相关信号进行不可逆的加密处理，再以此为参数，送经基于FPGA的DDS宽带调制，产生带宽为3KHz～1.5GHz的宽带信号。

采用电磁耦合技术对低压电力线的通信或辐射传导信号进行接收和相关信号提取，密码序列产生器采用高强度的密码算法，产生随机序列信号与提取的相关特征信号进行调制，再通过DDS扫频输出合成宽带信号，经放大后耦合到电源线上，使得电源线上的信息流得到无序的扰乱，起到有用信息的隔离效果。根据电力通信的特点，3KHz到1.5GHz全部被扰乱无法还原出真实信号，全频段无缝防护，使低频、高频、辐射传导信号、耦合信号无一例外。为了使本实用新型具有良好的电磁兼容，其输入输出电源连接有EMC电源滤波器，达到既能防护本地计算机的信息泄密，又不影响其他用电设备的正常工作。

目前电力通信载波频率在3KHz～50MHz之间，本实用新型采用信道占用的方式，完全阻断被防护设备与外界的电力通信；而传导辐射频率在10KHz～1.5GHz之间，以数据加密方式，使传导经本实用新型后，传导出去的信息无法还原；因此，防护设备频率带宽3KHz～1.5GHz。由于交流电中加载了通信信号就类似于谐波，对于用电设备要求很高的场合，电源谐波会影响用电设备的正常工作；因此，为了使本防护设备具有很好的电磁兼容性，在电源输入、输出端加了滤波器，用以削弱谐波对用电设备的影响。同时，由于滤波器的作用，也削弱了谐波对市电的影响。

本实用新型中，高速数据处理是指：根据奈奎斯特定理，在进行模拟/数字信号的转换过程中，当采样频率fs.max大于信号中，最高频率fmax的2倍时，即：fs.max>=2fmax，则采样之后的数字信号完整地保留了原始信号中的信息，一般取2.56-4倍的信号最大频率，因此，的数据采样与处理要高于2倍以上的通信传输频率。本实用新型采用DSP主频300MHz，处理速度2400MIPS，FPGA工作频率也在300MHz以上，完全满足电力通信频率低频3KHz～500KHz，高频1MHz～100MHz要求。高速数据处理是采用现有技术应用到本实用新型。

调制成宽带信号，具体调制过程为：本实用新型的宽带调制与通信中的调制有所不同，本实用新型的调制信号是不可逆的过程，就是说，调制的信号不可还原度越高越好。这里的调制是指将已经处理成无限乱的乱码窄带信号调制成3KHz～1.5GHz的宽带信号，目的是对有线的电力载波信号和无线的电磁辐射信号起到通信和传导辐射全防护的作用。

通过耦合方式，将宽带信号耦合到220V电源线的交流端，耦合的带宽和幅度都比电力载波通信有更好的要求。本实用新型只对220V低压用电设备如计算机、打印机、传真机、复印机等办公用品进行有效防护。

将宽带信号耦合到电源线的交流端后，再将宽带信号经低通滤波器滤波，具体过程为：这里使用的低通滤波器，理论上是准许100Hz以下的交流信号通过，而阻止高于100Hz以上的信号，但是因为滤波器器件，接地不良等原因，往往达不到理想的效果，但是通过低通滤波器，可以削弱高频分量，防止加入的信号影响电气的正常工作，起到电磁兼容作用。

所述接收电磁耦合器和发送电磁耦合器均包括耦合变压器，高压隔离电容，防冲击，浪涌的保护电路等组成，可采用现有技术中的电磁耦合器。

所述随机序列码产生器包括FPGE、放大电路、脉冲整形电路等组成，可采用现有技术中的随机序列码产生器。

本实用新型所涉及到的单个电路虽然可以与现有通信技术中的电路相同，但是现有技术中还没有用于如本实用新型的防护阻断设备中，特别是要处理带宽为3KHz～1.5GHz的宽带信号，具有很高的技术难度这部分采用的是FPGA+DSP技术实现的。

Claims (4)

1.一种电力线信息防泄密阻断装置，其特征在于：包括可编程门阵列FPGA和微处理器DSP，可编程门阵列FPGA将接收到的电力线上的通信信息和辐射传导信息处理后发送到微处理器DSP，微处理器DSP对接收信息进行相关特征信号提取后传送到可编程门阵列FPGA，可编程门阵列FPGA将提取的相关特征信号处理成乱码信号后再将乱码信号调制为宽带信号并耦合到电源线的交流端。

2.根据权利要求1所述的一种电力线信息防泄密阻断装置，其特征在于：所述可编程门阵列FPGA包括数字滤波处理器、随机序列码产生器、特征信号无序加密器和宽带调制器，所述数字滤波处理器将通信信息和辐射传导信息处理并发送到微处理器DSP，随机序列码产生器将产生的随机序列信号发送到特征信号无序加密器，特征信号无序加密器将产生随机序列信号与提取的相关特征信号进行相关运算后，将相关特征信号处理成乱码信号并发送到宽带调制器，宽带调制器对乱码信号进行宽带调制，将乱码信号调制为宽带信号并耦合到电源线的交流端。

3.根据权利要求1或2所述的一种电力线信息防泄密阻断装置，其特征在于：还包括设置在输入端的电源输入滤波器和与电源输入滤波器连接的接收电磁耦合器，接收电磁耦合器通过接收电路与数字滤波处理器连接，电源输入滤波器将通信信息和辐射传导信息滤波处理后发送到接收电磁耦合器，接收电磁耦合器接收通信信息和辐射传导信息并发送到现场可编程门阵列FPGA。

4.根据权利要求3所述的一种电力线信息防泄密阻断装置，其特征在于：所述宽带调制器依次连接有信号放大器、耦合驱动器、发送电磁耦合器和电源输出滤波器，宽带调制器将乱码信号调制为宽带信号发送到信号放大器放大后发送到耦合驱动器，耦合驱动器将信号驱动后通过发送电磁耦合器和电源输出滤波器传送到电源线的交流端。

Images