KR102327764B1 - 보안 강화형 스마트 미터링 전력량계 - Google Patents

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Abstract

본 발명인 보안 강화형 스마트 미터링 전력량계는 원격검침시스템에 적용되는 전력량계에 있어 인증서 및 암호키의 안전한 관리를 위해 시큐어모듈을 구비하고, 메모리와 하드웨어 접근권한을 통제하게 하며, 관리서버에 접속하여 서명된 인증서와 트러스트 체인를 통해 상호인증 및 암호키를 교환하고, 교환된 암호키를 이용하여 암호화 통신을 이루도록 하며, 인증 및 암호화로 인해 보안과 시스템운용에 대한 신뢰성을 확보하도록 하고, 통신모듈을 통해 원격으로 보안이 보장된 절차를 통해 업데이트하도록 하며, 무결성 검사값을 구비하고 있어 프로그램 손상에 의해 부팅 및 기기 정상작동이 불가능 할 경우와 인위적인 조작에 의해 변질된 내용이 발견된 경우에 신속히 복구하여 장애를 극복하도록 하는데 그 특징이 있다.

Description

보안 강화형 스마트 미터링 전력량계{Watt hour meter of smart metering for safety reinforced}
본 발명은 보안 강화형 스마트 미터링 전력량계에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 원격검침시스템에 적용되는 전력량계에 있어 인증서 및 암호키의 안전한 관리를 위해 별도의 시큐어모듈을 구비하고, 메모리와 하드웨어 접근권한을 통제하게 하며, 관리서버에 접속하여 서명된 인증서와 트러스트 체인를 통해 상호인증 및 암호키를 교환하고, 교환된 암호키를 이용하여 암호화 통신을 이루도록 하며, 인증 및 암호화로 인해 보안과 시스템운용에 대한 신뢰성을 확보하도록 하고, 별도의 통신모듈을 통해 원격으로 보안이 보장된 절차를 통해 업데이트하도록 하며, 무결성 검사값을 구비하고 있어 프로그램 손상에 의해 부팅 및 기기 정상작동이 불가능 할 경우와 인위적인 조작에 의해 변질된 내용이 발견된 경우에 신속히 복구하여 장애를 극복하도록 하는 보안 강화형 스마트 미터링 전력량계에 관한 것이다.
일반적으로, 전력회사는 수용가에게 단순히 전기만을 공급하는 서비스업체로서 수동적인 관계유지만을 해왔으나, 최근 전력산업의 개편 및 효율성 제고를 위해 원격검침, 수요관리, 요금체계의 다양화 등과 같은 전력용 부가서비스 체계를 구축해야만 하는 필요성이 제기되고, 이를 위해서 정보통신 가입자망 기반기술이 확보되어야 하지만 새로운 통신회선을 구축한다는 것이 큰 문제점으로 남아있었다.
최근 기술의 발달로 전기 공급을 목적으로 하는 전력선에 데이터를 주고 받을 수 있는 통신 기술이 결합 실용화 및 상용화되고, 전력선은 이미 전국 방방 곳곳에 가가호호마다 연결되어 이미 거대한 네트워크를 이루고 있는 것이 특징으로, 전력선통신을 위한 모뎀이 구비되는데, 이 전력선통신모뎀의 메모리에는 수용가정보, 전력사용량 정보 등 각종 데이터가 저장되어 있으나, 이러한 기능을 수행하는 전력선통신모뎀에 접속하여 전력사용량을 임의로 조작하여 요금조정을 하는 약점이 있고, 이를 보완하기 위해 보안형 원격검침 시스템이 도입되었다.
원격검침이란 전기, 가스, 수도 계량기 등을 검침원이 일일이 고객을 방문하지 않고 원격에서 단말기를 이용해 검침 데이터를 읽는 것을 말하며, 원격검침 시스템은 원격지에 있는 계측기의 지시값과 감지기로 검출한 사항을 케이블 또는 전파를 이용한 통신 회선을 통해 자동적으로 수집하여 컴퓨터로 집계 분석 등을 하는 시스템을 말하는 것으로, 이러한 원검검침 시스템은 전화선이나 전력선, 또는 무선주파수 방식에 의해 정보를 수집하며, 원격검침 시스템을 통하여 컴퓨터 프로그램과 연계해 고지서 발급은 물론 수요 패턴까지 파악할 수 있다.
이와 같은 원격검침 시스템은 전력 사용량 등에 대한 과금을 위해 중요한 자료를 제공한다는 점을 고려하면 외부로부터의 보안적 공격을 대비하기 위한 보안 시스템이 상당히 중요한 문제이고, 원격검침 기기간 인증방법, 보안키 관리(생성, 분배, 갱신, 폐기) 방법 등을 통해 검침정보를 보호할 수 있는 별도의 보안프로토콜을 설계하고 있으며, 이를 구현하기 위한 방안을 제시하고 있다.
또한, 전기로 구동하는 모든 시설과 기기를 다양한 통신 네트워크를 통해 연결하는 스마트 그리드(smart grid) 개념이 등장하였고, 이 스마트 그리드(smart grid)는 전기의 생산, 운반, 소비 과정에 정보통신기술을 접목하여 공급자와 소비자가 서로 상호작용함으로써 효율성을 높인 지능형 전력망 시스템이다.
상기 스마트 그리드 시스템을 더 효율적으로 사용할 수 있는 핵심적인 기술로, AMI(Advanced Metering Infrastructure, 원격검침인프라)가 각광받고 있고, 이 AMI는 스마트 미터에서 측정한 데이터를 원격 검침기를 통해 측정하여 전력 사용 분석을 자동으로 진행하는 기술로 스마트 미터가 집에서 사용되는 전력의 사용량을 자동으로 검침하고 그 정보를 통신망을 통해 전달되는 형태이며, 이렇게 얻어진 데이터를 바탕으로 전력회사들은 소비자의 전력 사용량에 맞춰 전기요금을 부과하게 되고, 특히 이렇게 전달된 정보들을 통해 사용자별 전기 사용의 패턴 등을 파악해 최적화된 전력을 공급하여 전기요금 절약 및 전력낭비를 예방할 수 있으며, 지금처럼 사람이 직접 돌아다니면서 검침하고 그에 따라 발생하는 오차 등의 불편함을 해소하고 정확한 빅데이터를 통해 효율적인 전력 생산 관리가 이루어질 수 있고, 이렇게 효율적인 전력 관리가 가능하기 때문에 AMI보급이 점차 늘어나고 있으며, AMI 보급이 점차 늘어남에 따라 AMI 보안에 대한 요구도 높아지고 있고, 지능형 전력망 정보의 보호조치에 관한 지침에 의거하여 본격적으로 법정 전자식 전력량계인 스마트미터에 대해서 보안을 적용해야 한다.
그러나 이러한 종래의 기술을 활용하여 원격검침 및 보안 시스템은 보안키 생성 및 관리를 위한 보안 프로토콜 추가, 별도의 보안 프로토콜 운영에 따른 네트워크 트래픽 증가, 기기의 자원소모 증가 및 오버헤드 가중, 추가 보안 프로세스 구현에 따른 기기 구현 비용 증가, 순수 검침 프로세스 이외의 프로세스 구동 및 통신으로 인한 검침 지연 등의 문제점을 안고 있으며, 저성능 임베디드 기기(전력량계 등 검침기기)의 리소스 제한 조건을 고려할 경우 실제 구현상의 문제점도 무시할 수 없다.
또한, 원격검침시스템을 구축함에 있어, 관리의 효율성을 위해 망관리시스템(Network management system)이 추가 구축되고 통합검침, 부하관리 등 전력부가서비스가 동일 원격검침인프라에 추가됨에 따라 상기 제시한 문제점들은 가중될 우려가 크다.
따라서, 별도의 보안관리 프로토콜을 운영할 경우 원격검침 이외의 부가업무 수행에 따른 주기적인 검침실패를 야기할 수 있으며 원래의 목적인 원격검침을 수행하는데 오히려 역효과를 가져올 수 있는 문제점이 있다.
한편, DLMS에서 최근 정의한 보안프로토콜을 보면 크게 데이터 접근보안과 데이터 전송보안으로 나뉘어 정의되어 있고, 데이터 접근보안에서는 전력량계의 정보에 대한 접근을 3가지, 즉 무제한 허용(no security), 낮은 레벨의 접근(low level security) 및 높은 레벨의 접근(high level security)로 구분하고, 데이터 전송보안은 3가지, 즉 데이터 암호, 데이터 인증 및 데이터 암호인증으로 구분하여 운영토록 설계되어 있다.
하지만, 보안에서는 보안정보(보안키)를 어떻게 기기간에 공유하느냐가 가장 중요한 난제이며, DLMS에서 제시한 첫 번째 보안, 즉 데이터 접근보안에서는 가장 높은 레벨의 보안을 적용하더라도 보안키 공유문제는 해결할 수 없고, 이는 단순히 패스워드 및 기존에 정해진(외부에 노출된) 정보만으로 기기간 인증을 하므로 다양한 보안취약성이 내재하며, 이를 기반으로 보안정보를 공유하는 방법조차 제시되어 있지 않은 문제점이 있다.
또한, AMI(Advanced Metering Infrastructure)는 기존 아날로그 검침기를 디지털화하고, 통신망에 연결하여 발전 및 수전단의 전력량을 실시간으로 측정, 분석하는 장치 및 시스템의 총칭이다. 이러한 AMI는 EMS(Energy Management System), ESS(Energy Storage System), VPP(Virtual Power Plant), P2P 전력 거래 등 지능형 전력망 구축을 위한 핵심 기술로서, 실제 전력에너지는 전력계통을 통해 최종 고객에게 배분되고, 상기 전력계통은 전력을 생산하는 발전설비와 송전선로 변전소, 배전선로 등의 송배전설비와 수송 배분된 전력을 일반 가정이나 공장에서 소비하기 위한 수전설비 등으로 구성된 시스템을 총칭한다.
상기 전력계통의 계통점들(이를테면, 발전소, 승압변전소, 1차 및 2차 강압 변전소, 변압기, 수전단 등)의 전력량은 AMI 디바이스를 통해 디지털 정보로 변환될 수 있고, 변환된 전력의 디지털 정보는 통신망을 통해 전파될 수 있다.
즉, 물리적인 전력의 경로와 전력의 디지털 정보의 경로는 다른 경로일 수 있으며, 만약 AMI 디바이스를 통한 전력측정이 정확하지 않으면 실제 발전 및 소비 전력량과 네트워크상의 전력 정보가 불일치하게 되고, 이는 지능형 전력망의 신뢰도를 하락시키는 문제점을 발생시킬 수 있다.
최근, 이와 같은 신뢰도를 보장하기 위해 데이터 무결성이 중요한 이슈로 떠오르고 있고, 각 산업군에서는 데이터 무결성을 확보하기 위해 여러 기술 중 블록체인을 주목하고 있으며, 블록체인을 디지털 정보의 전송에 특화된 기술로 여겨지지만, 블록체인은 블록체인 시스템에 등록된 데이터의 위변조에 대한 데이터 무결성을 시스템 전체가 보장하는 것이 특징으로, 각 산업군 시스템에 블록체인을 적용하려는 노력들이 진행되어 왔으나, 종래의 블록체인을 적용한 시스템은 상위 시스템만 블록체인이 적용되었고, 전체 시스템에서 블록체인을 통해 유기적으로 연결되지 않으면, 블록체인이 적용되지 않은 부분의 데이터 무결성은 보장되지 않는다.
종래에 블록체인이 적용된 지능형 전력망의 경우도 상위시스템만 블록체인이 적용되고 있고, 지능형 전력망은 데이터의 신뢰성이 매우 중요하며, 종래와 같이 전체 시스템이 아닌 부분적인 블록체인의 적용은 블록체인이 적용되지 않은 AMI 부분의 데이터 무결성을 블록체인이 보장할 수 없는 문제점이 발생하게 되는 것이다.
상기와 같이 종래에 실시되고 있는 원격검침시스템에 적용되는 전력량계는 보안에 취약한 문제가 있는 것으로, 특히 프로그램 손상에 의해 부팅 및 기기 정상작동이 불가능 할 경우 백업된 내용인 데이터에 대해 복구하거나 장애를 극복할 수 있는 기능이 없는 문제가 있고, 특히 인증 및 암호화에 한계가 있어 전체적으로 보안과 시스템운용에 대한 신뢰성이 떨어지는 문제가 있으며, 각 구성요소들에 대한 프로그램 상의 업데이터를 원격으로 할 수 없는 문제가 있다.
또한, 종래에 실시하고 있는 전력량계는 USB포트를 통해 가상의 이더넷 포트를 구성하지 못하기에 현장 설치자가 아직 통신사 망개통 또는 고객 서버에 모뎀을 등록하기 전이라도 실제 서버에 연결되어 보안인증 및 암호화된 통신을 하는 것처럼 에뮬레이션을 할 수 없는 문제가 있고, 무결성을 검사할 인증서가 구비되어 있지 않아 해커가 악의적인 프로그램 변질을 하였을 때 변질된 프로그램의 실행을 거부하거나 공장출하 상태의 프로그램으로 자동복구할 수 없는 문제가 있는 것이다.
또한, 정전이 발생될 경우 정전에서 복구되었을 때 시간이 많이 걸리는 부팅과정을 다시 수행하여야 하고, 이로 인해 전력량계에서 검침기능을 연속해서 수행할 수 없는 문제와, 순간 정전 시에도 시스템을 재부팅시키지 않고 유지할 수 없는 문제가 있으며, 종래의 운영체제(Operating System, OS)로는 실시간 운영이 어렵고, 특히 공통적인 어플리케이션이 하드웨어의 종류 또는 제조사에 상관없이 호환 작동할 수 없는 문제가 있는 것이다.
대한민국 등록특허 제10-2124202호(등록일: 2020.06.11.) 대한민국 공개특허 제10-2020-0143034호(등록일: 2020.12.23.) 대한민국 등록특허 제10-1530080호(등록일: 2015.06.12.) 대한민국 등록특허 제10-1262552호(등록일: 2013.05.02.)
본 발명은 원격검침시스템에 적용되는 전력량계에 있어 인증서 및 암호키의 안전한 관리를 위해 별도의 시큐어모듈을 구비하고, 메모리와 하드웨어 접근권한을 통제하게 하며, 관리서버에 접속하여 서명된 인증서와 트러스트 체인를 통해 상호인증 및 암호키를 교환하고, 교환된 암호키를 이용하여 암호화 통신을 이루도록 하며, 인증 및 암호화로 인해 보안과 시스템운용에 대한 신뢰성을 확보하도록 하는 보안 강화형 스마트 미터링 전력량계를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 별도의 통신모듈을 통해 원격으로 보안이 보장된 절차를 통해 업데이트하도록 하고, 무결성 검사값을 구비하고 있어 프로그램 손상에 의해 부팅 및 기기 정상작동이 불가능 할 경우와 인위적인 조작에 의해 변질된 내용이 발견된 경우에 손쉽게 복구하여 장애를 극복하도록 하는 보안 강화형 스마트 미터링 전력량계를 제공하는데 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 원가를 절감하기 위해 핵심 중앙처리 부품을 모듈화 시켜서 SOM(System On Module)으로 분리하여 PCB Layer를 다층으로 구성하고, 계측부와 베이스보드는 양면 또는 단면 PCB를 사용할 수 있도록 하며, 전력량계에 구비된 USB포트를 통해 가상의 이더넷 포트를 구성하여 현장 설치자가 아직 통신사 망개통 또는 고객 서버에 모뎀을 등록하기 전이라도 실제 서버에 연결되어 보안인증 및 암호화된 통신을 하는 것처럼 에뮬레이션을 할 수 있도록 하는 보안 강화형 스마트 미터링 전력량계를 제공하는데 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 백업전원(배터리 또는 수퍼캡)을 구비하여 정전이 된 후에도 정전된 정보를 고객의 서버에 보고할 수 있고, 수초 ~ 수십초 이내의 순간 정전 시에 시스템을 재부팅시키지 않고 유지하여 정전에서 복구되었을 때 시간이 많이 걸리는 부팅과정을 다시 수행하지 않고 모든 모뎀기능을 연속해서 수행할 수 있는 보안 강화형 스마트 미터링 전력량계를 제공하는데 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 안전 보안 부팅을 보장하기 위해 시큐어부팅을 지원하는 변경불가 롬 프로그램 실행부를 포함하고, 고객이 설치한 실행프로그램에 대한 무결성검사(해쉬) 값과 무결성을 검사할 인증서를 구비하고 있어 해커가 악의적인 프로그램 변질을 하였을 때 변질된 프로그램의 실행을 거부하고 공장출하 상태의 프로그램으로 자동 복구하도록 하는 보안 강화형 스마트 미터링 전력량계를 제공하는데 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 임베디드 리눅스와 같은 운영체제(Operating System, OS)에서 구현하는 동시에 실시간 운영체제(Realtime Operating System, RT-OS)에서 구현하도록 하고, JAVA 등으로 작성한 공통적인 어플리케이션이 하드웨어의 종류 또는 제조사에 상관없이 호환 작동할 수 있도록 하는 보안 강화형 스마트 미터링 전력량계를 제공하는데 있다.
상기의 목적을 해결하기 위한 본 발명의 보안 강화형 스마트 미터링 전력량계는 사용자의 에너지 사용량에 대해 실시간 모니터링하여 관리서버와 사용자 간의 원할한 데이터 통신을 하기 위한 프로토콜부와, 사용자의 에너지 사용량을 검침하도록 하는 계측부와, 상기 계측부를 통해 검침된 에너지 사용량에 대해 사용자가 확인할 수 있도록 구동시키는 액정구동부와, 상기 액정구동부에 의해 사용자 또는 관리자가 용이하게 검침 데이터를 확인할 수 있도록 표시되는 액정표시부와, 상기 계측부를 통해 검침된 데이터가 저장된 메모리와 개인정보가 저장된 메모리 및 하드웨어에 대한 접근권한을 각각 통제하고, 무결성 검사 값을 구비하며, 프로그램 손상에 의해 부팅 및 기기 정상작동이 불가능 할 경우에 손상시킨 영역을 복구하여 장애를 극복하도록 시큐어부트와 트러스트존으로 구성된 보안강화부와, 보안과 시스템운용 신뢰성을 확보하기 위해 서버에 접속하여 서명된 인증서와 트러스트 체인를 통해 상호 인증 및 암호키를 교환하도록 하는 암호화통신부와, 외부 해커에 의한 물리적 접근을 차단하고, 개인정보에 대한 난독화와 암호화를 할 수 있도록 물리적 강화를 위해 상기 서명된 인증서를 저장하기 위한 시큐어메모리부와, 보안과 시스템운용 신뢰성을 확보하기 위해 전력량계을 통해 계측된 검침 데이터를 관리하고, 통신모뎀과 상호 연동하도록 하기 위한 시큐어입출력부로 이루어지는 것이다.
여기서, 상기 시큐어메모리부와 시큐어입출력부에 대해 인증서 및 암호키의 안전한 관리를 이루도록 하기 위한 시큐어모듈이 구비되어 이루어진다.
여기서, 상기 시큐어입출력부와 상호 연동하여 관리자로 하여금 원격으로 전력량계의 프로그램을 업데이트할 수 있도록 통신이 가능하게 하기 위한 통신모뎀이 구비되어 이루어진다.
또한, 상기 원격으로 전력량계의 프로그램을 업데이트 하는 동안 연속적인 에너지 적산량에 오차가 발생하지 않도록, 업데이트 시간동안의 사용량을 임시 저장부에 보관하였다가 업데이트가 완료되고 새로운 프로그램이 정상 작동하기 시작한 후에 적산량을 반영하도록 이루어진다.
또한, 상기 보안과 시스템운용에 대한 기능은 실시간 운영체제(Realtime Operating System, RT-OS)에서 구현하도록 이루어지는 것이다.
또한, 상기 보안과 시스템운용에 대한 기능은 임베디드 리눅스 운영체제(Embedded Linux Operating System)에서 구현하도록 이루어지는 것이다.
또한, 상기의 보안강화부에는 안전 보안 부팅을 보장하기 위해 시큐어부팅을 지원하는 변경불가 롬 프로그램 실행부를 포함하고 있고, 고객이 설치한 실행프로그램에 대한 무결성검사(해쉬) 값과 무결성을 검사할 상기 서명된 인증서를 구비하며, 해커가 악의적인 프로그램 변질을 하였을 때, 변질된 프로그램의 실행을 거부하고 공장출하 상태의 프로그램으로 자동복구하도록 하는 시큐어부트가 구비되어 이루어진다.
또한, 상기의 시큐어입출력부에는 USB포트를 통해 가상의 이더넷 포트를 구성하여 현장 설치자가 아직 통신사 망개통 또는 고객 서버에 모뎀을 등록하기 전이라도 실제 서버에 연결되어 보안인증 및 암호화된 통신을 하는 것처럼 에뮬레이션(Emulation)할 수 있도록 이루어지는 것이다.
또한, 상기 전력량계에는 백업전원(배터리 또는 수퍼캡)을 구비하여, 정전이 된 후에도 정전된 정보를 고객의 서버에 보고할 수 있고, 수초 ~ 수십초 이내의 순간 정전 시에 시스템을 재부팅시키지 않고 유지하여 정전에서 복구되었을 때 시간이 많이 걸리는 부팅과정을 다시 수행하지 않고 전체적인 기능을 연속해서 수행할 수 있도록 이루어지는 것이다.
또한, 상기 전력량계에는 원가를 절감하기 위해 보안을 위한 핵심 중앙처리 부품을 모듈화 시켜서 SOM(System On Module)으로 분리하여 PCB Layer를 다층으로 구성하고, 계측부와 베이스보드는 양면 또는 단면 PCB를 사용할 수 있도록 하여 암호화통신부, 시큐어메모리부, 시큐어입출력부, 시큐어모듈 및 보안강화부으로 구성된 모듈화시킨 중앙처리 부품과 계측부가 나누어진 2개의 형태로 이루어지거나, 상기 모듈화시킨 중앙처리 부품과 계측부가 일체화된 하나의 형태로 이루어질 수가 있는 것이다.
또한, 상기의 전력량계를 통해 검침된 데이터는 서버에 전달되고, 상기 서버를 통해 관리자의 단말기에 전달될 수 있도록 상기 관리자 단말기의 앱(App)과 연동하여 이루어진다.
본 발명은 시큐어모듈이 구비되어 있어 인증서 및 암호키에 대한 안전한 관리가 가능한 효과와, 메모리와 하드웨어의 접근권한에 대한 통제가 가능한 동시에 인증서버에 접속하여 서명된 인증서와 트러스트 체인를 통해 상호인증 및 암호키에 대한 교환이 가능하고, 교환된 암호키를 이용하여 암호화된 통신이 가능한 효과와, 인증 및 암호화로 인해 보안과 시스템운용에 대한 신뢰성이 극대화되는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 통신모듈을 통해 원격으로 보안이 보장된 절차를 통해 업데이트하도록 하며, 무결성 검사값을 구비하고 있어 프로그램 손상에 의해 부팅 및 기기 정상작동이 불가능 할 경우와 인위적인 조작에 의해 변질된 내용이 발견된 경우에 손쉽게 복구하여 장애를 극복할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 핵심 중앙처리 부품을 모듈화시켜 SOM(System On Module)으로 분리하여 PCB Layer를 다층으로 구성하고, 계측부와 베이스보드는 양면 또는 단면 PCB를 사용할 수 있도록 하여 전체적인 원가를 절감하는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 전력량계에 구비된 모뎀에 USB포트를 통해 가상의 이더넷 포트를 구성하여 현장 설치자가 아직 통신사 망개통 또는 고객 서버에 모뎀을 등록하기 전이라도 실제 서버에 연결되어 보안인증 및 암호화된 통신을 하는 것처럼 에뮬레이션을 할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 백업전원(배터리 또는 수퍼캡)을 구비하여 정전이 된 후에도 정전된 정보를 고객의 서버에 보고할 수 있고, 수초 ~ 수십초 이내의 순간 정전 시에 시스템을 재부팅시키지 않고 유지하여 정전에서 복구되었을 때 시간이 많이 걸리는 부팅과정을 다시 수행하지 않고 모든 모뎀기능을 연속해서 수행할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 안전 보안 부팅을 보장하기 위해 시큐어부팅을 지원하는 변경불가 롬 프로그램 실행부를 포함하고, 고객이 설치한 실행프로그램에 대한 무결성검사(해쉬) 값과 무결성을 검사할 인증서를 구비하고 있어 해커가 악의적인 프로그램 변질을 하였을 때 변질된 프로그램의 실행을 거부하고 공장출하 상태의 프로그램으로 자동 복구하게 하는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 임베디드 리눅스와 같은 운영체제(Operating System, OS)에서 구현하는 동시에 실시간 운영체제(Realtime Operating System, RT-OS)에서 구현하게 하는 효과와, JAVA 등으로 작성한 공통적인 어플리케이션이 하드웨어의 종류 또는 제조사에 상관없이 호환 작동할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따라 실시되는 보안 강화형 스마트 미터링 전력량계를 설명하기 위한 블럭 구성도이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.
본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
이에, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 원격검침시스템용 보안 강화형 IoT 통신장치를 설명한다.
즉, 본 발명은 첨부도면 도 1에 도시된 바와 같이, 프로토콜부(10)가 구비되는데, 이는 사용자의 에너지 사용량에 대해 실시간 모니터링하여 관리서버와 사용자 간의 원할한 데이터 통신을 하기 위한 것으로, 즉 양방향 원격검침을 지원하는 국제표준 프로토콜인 DLMS/COSEM으로서, 이는 전기/수도/가스 등 에너지 사용량의 실시간 모니터링하고, 관리서버와 사용자 간의 데이터 통신을 위한 AMI(Advanced Metering Infrastructure) 핵심 프로토콜인 것이다.
또한, 본 발명에 따른 전력량계(100)에는 계측부(20)가 구비되어 있는데, 이는 사용자의 수용가 전원에 연결되어 사용자의 에너지 사용량을 검침하게 되는 것이다.
또한, 상기 전력량계(100)에는 액정구동부(30)가 구비되어 있는데, 이는 상기 계측부(20)를 통해 검침된 데이터인 에너지 사용량에 대해 사용자 또는 관리자가 용이하게 확인할 수 있도록 구동시키는 위한 것이다.
또한, 상기 전력량계(100)에는 액정표시부(40)가 구비되어 있는데, 이는 상기 액정구동부(30)에 의해 구동되어 검침된 데이터인 에너지 사용량을 사용자 또는 관리자가 용이하게 확인할 수 있도록 표시되게 된다.
또한, 상기 전력량계(100)에는 보안강화부(50)가 구비되어 있는데, 이는 상기 계측부(20)를 통해 검침된 데이터가 저장된 메모리와 개인정보가 저장된 메모리 및 하드웨어에 대한 접근권한을 각각 통제하고, 무결성 검사 값을 구비하며, 프로그램 손상에 의해 부팅 및 기기 정상작동이 불가능 할 경우에 손상시킨 영역을 복구하여 장애를 극복하도록 시큐어부트와 트러스트존으로 구성되어 이루어지는 것이다.
또한, 상기 전력량계(100)에는 암호화통신부(60, TLS/DTLS)가 구비되어 있는데, 이는 보안과 시스템운용 신뢰성을 확보하기 위해 서버에 접속하여 서명된 인증서와 트러스트 체인를 통해 상호 인증 및 암호키를 교환하도록 하는 통신이 이루어지게 된다.
또한, 상기 전력량계(100)에는 시큐어메모리부(70)가 구비되어 있는데, 이는 외부 해커에 의한 물리적 접근을 차단하고, 개인정보에 대한 난독화와 암호화를 할 수 있도록 물리적 강화를 위해 상기 서명된 인증서를 저장하게 된다.
또한, 상기 전력량계(100)에는 시큐어입출력부(80)가 구비되어 있는데, 이는 보안과 시스템운용 신뢰성을 확보하기 위해 전력량계(100)을 통해 계측된 검침 데이터를 관리하고, 통신모뎀(200)과 상호 연동하게 된다.
또한, 상기 전력량계(100)에는 시큐어모듈(90)이 구비되어 있는데, 이는 상기 시큐어메모리부(70)와 시큐어입출력부(80)에 대해 인증서 및 암호키의 안전한 관리를 이루도록 하기 위한 것이다.
또한, 상기 시큐어입출력부(80)와 상호 연동하여 관리자로 하여금 원격으로 전력량계(100)의 프로그램을 업데이트할 수 있도록 통신이 가능하게 되는 통신모뎀(200)이 구비되는데, 이는 시큐어입출력부(80)에 구비되어 있는 USB포트를 통해 가상의 이더넷 포트를 구성하여 현장 설치자가 아직 통신사 망개통 또는 고객 서버에 모뎀을 등록하기 전이라도 실제 서버에 연결되어 보안인증 및 암호화된 통신을 하는 것처럼 에뮬레이션(Emulation)할 수 있도록 이루어지는 것이다.
특히, 상기 원격으로 전력량계의 프로그램을 업데이트 하는 동안 연속적인 에너지 적산량에 오차가 발생하지 않도록 하기 위해 업데이트 시간동안의 사용량을 임시 저장부(미도시)에 보관하였다가 업데이트가 완료된 다음 새로운 프로그램이 정상 작동하기 시작한 후에 적산량을 반영할 수가 있는 것이다.
여기서, 상기 전력량계(100)에는 보안과 시스템운용이 원할히 이룰 수 있도록 임베디드 리눅스의 운영체제(Operating System, OS) 기능을 실행하게 되는 것이다.
또한, 상기 전력량계(100)에서의 보안과 시스템운용이 원할히 이루도록 하기 위해서 JAVA 등으로 작성한 공통적인 어플리케이션이 하드웨어의 종류 또는 제조사에 상관없이 호환 작동할 수가 있는 것이다.
또한, 상기 전력량계(100)에 대한 보안과 시스템 운영은 실시간 운영체제(Realtime Operating System, RT-OS)에서 구현이 가능하게 되고, 임베디드 리눅스 운영체제(Embedded Linux Operating System)에서 구현이 가능하게 되는 것이다.
한편, 상기 보안강화부(50)에는 시큐어부트(51)가 구비되어 있는데, 이는 안전 보안 부팅을 보장하기 위해 시큐어부팅을 지원하는 변경불가 롬 프로그램 실행부를 포함하고 있고, 고객이 설치한 실행프로그램에 대한 무결성검사(해쉬) 값과 무결성을 검사할 인증서를 구비하며, 해커가 악의적인 프로그램 변질을 하였을 때, 변질된 프로그램의 실행을 거부하고 공장출하 상태의 프로그램으로 자동복구할 수 있도록 이루어지는 것이다.
그리고, 상기 전력량계(100)에는 백업전원을 저장할 수 있는 배터리 또는 수퍼캡(미도시)이 구비되어 있어, 이 백업전원을 통해 정전이 된 후에도 정전된 정보를 고객의 서버에 보고할 수 있고, 수초 ~ 수십초 이내의 순간 정전 시에 전력량계(100)에 대해 재부팅시키지 않고 유지하여 정전에서 복구되었을 때 시간이 많이 걸리는 부팅과정을 다시 수행하지 않고 전체적인 기능을 연속해서 수행할 수 있도록 이루어지는 것이다.
그리고, 상기 전력량계(100)에는 전체적으로 제조 원가 또는 설치 비용을 절감시키기 위해서 중앙처리 부품을 모듈화시켜 SOM(System On Module)으로 구성하게 되는데, 이 SOM에는 보안을 위한 구성부를 모듈화시키게 되고, 이에 따라 핵심 중앙처리 부품을 모듈화시켜 SOM(System On Module)으로 분리하여 PCB Layer를 다층으로 구성하고, 계측부와 베이스보드는 양면 또는 단면 PCB를 사용하여 이루어질 수가 있는 것으로, 즉 상기 모듈화시킨 중앙처리 부품과 계측부(20)가 나누어진 2개의 형태(2Chip)로 이루어질 수가 있는 것이다.
상기 모듈화시킨 중앙처리 부품은 암호화통신부(60), 시큐어메모리부(70), 시큐어입출력부(80), 시큐어모듈(90) 및 보안강화부(50)로 이루어지고, 이는 SOM(System On Module)으로 구성된다.
또한, 상기에서 2개의 형태(2Chip)로 이루어진 모듈화시킨 중앙처리 부품과 계측부(20)를 일체화시켜 하나의 형태(1Chip)로 이루도록 하여 전체적으로 제조 원가 또는 설치 비용을 절감시킬 수도 있는 것이다.
또한, 상기 전력량계(100)를 통해 검침된 데이터는 통신모듈(200)을 통해 관리서버에 전달되고, 상기 관리서버를 통해 관리자의 단말기에 전달될 수 있도록 상기 관리자 단말기의 앱(App)과 연동하여 이루어질 수가 있는 것이다.
여기서, 상기 통신모듈(200)은 PLC통신의 내부 통신망을 이용할 수가 있고, 또한 LTE, RF, RS-485, 와이파이 또는 블루투스 중 어느 하나를 선택한 외부 통신망을 이용할 수가 있는 것이다.
이상, 본 발명에 관한 구체적인 실시예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 실시 변형이 가능함은 자명하다.
그러므로 본 발명의 범위에는 설명된 실시예에 국한되어 전해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
즉, 전술된 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며, 한정적인 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술될 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 그 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10 : 프로토콜부
20 : 계측부
30 : 액정구동부
40 : 액정표시부
50 : 보안강화부
51 : 시큐어부트
60 : 암호화통신부
70 : 시큐어메모리부
80 : 시큐어입출력부
90 : 시큐어모듈
100 : 전력량계
200 : 통신모듈

Claims (8)

  1. 사용자의 에너지 사용량에 대해 실시간 모니터링하여 관리서버와 사용자 간의 원할한 데이터 통신을 하기 위한 프로토콜부와, 사용자의 에너지 사용량을 검침하도록 하는 계측부와, 상기 계측부를 통해 검침된 에너지 사용량에 대해 사용자가 확인할 수 있도록 구동시키는 액정구동부와, 상기 액정구동부에 의해 사용자 또는 관리자가 용이하게 검침 데이터를 확인할 수 있도록 표시되는 액정표시부와, 상기 계측부를 통해 검침된 데이터가 저장된 메모리와 개인정보가 저장된 메모리 및 하드웨어에 대한 접근권한을 각각 통제하고, 무결성 검사 값을 구비하며, 프로그램 손상에 의해 부팅 및 기기 정상작동이 불가능 할 경우에 손상시킨 영역을 복구하여 장애를 극복하도록 시큐어부트와 트러스트존으로 구성된 보안강화부와, 보안과 시스템운용 신뢰성을 확보하기 위해 서버에 접속하여 서명된 인증서와 트러스트 체인를 통해 상호 인증 및 암호키를 교환하도록 하는 암호화통신부와, 외부 해커에 의한 물리적 접근을 차단하고, 개인정보에 대한 난독화와 암호화를 할 수 있도록 물리적 강화를 위해 상기 서명된 인증서를 저장하기 위한 시큐어메모리부와, 보안과 시스템운용 신뢰성을 확보하기 위해 전력량계을 통해 계측된 검침 데이터를 관리하고, 통신모뎀과 상호 연동하도록 하기 위한 시큐어입출력부로 구비되되,
    상기 시큐어메모리부와 시큐어입출력부에 대해 인증서 및 암호키의 안전한 관리를 이루도록 하기 위한 시큐어모듈이 구비되고, 상기 시큐어입출력부와 상호 연동하여 관리자로 하여금 원격으로 전력량계의 프로그램을 업데이트할 수 있도록 통신이 가능하게 하기 위한 통신모뎀이 구비되며,
    상기의 보안강화부에는 안전 보안 부팅을 보장하기 위해 시큐어부팅을 지원하는 변경불가 롬 프로그램 실행부를 포함하고 있고, 고객이 설치한 실행프로그램에 대한 무결성검사(해쉬) 값과 무결성을 검사할 상기 서명된 인증서를 구비하며, 해커가 악의적인 프로그램 변질을 하였을 때, 변질된 프로그램의 실행을 거부하고 공장출하 상태의 프로그램으로 자동복구하도록 하는 시큐어부트가 구비되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 보안 강화형 스마트 미터링 전력량계.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 원격으로 전력량계의 프로그램을 업데이트 하는 동안 연속적인 에너지 적산량에 오차가 발생하지 않도록, 업데이트 시간동안의 사용량을 임시 저장부에 보관하였다가 업데이트가 완료되고 새로운 프로그램이 정상 작동하기 시작한 후에 적산량을 반영하도록 하는 것을 특징으로 하는 보안 강화형 스마트 미터링 전력량계.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 보안과 시스템운용에 대한 기능은 실시간 운영체제(Realtime Operating System, RT-OS)에서 구현하도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 보안 강화형 스마트 미터링 전력량계.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 보안과 시스템운용에 대한 기능은 임베디드 리눅스 운영체제(Embedded Linux Operating System)에서 구현하도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 보안 강화형 스마트 미터링 전력량계.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 전력량계는 정전이 된 후에도 정전된 정보를 고객의 서버에 보고할 수 있고, 수초 ~ 수십초 이내의 순간 정전 시에 시스템을 재부팅시키지 않고 유지하여 정전에서 복구되었을 때 시간이 많이 걸리는 부팅과정을 다시 수행하지 않고 전체적인 기능을 연속해서 수행할 수 있도록 백업전원인 배터리 또는 수퍼캡을 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 보안 강화형 스마트 미터링 전력량계.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 전력량계는 원가를 절감하기 위해 보안을 위한 핵심 중앙처리 부품을 모듈화 시켜서 SOM(System On Module)으로 분리하여 PCB Layer를 다층으로 구성하고, 계측부와 베이스보드는 양면 또는 단면 PCB를 사용할 수 있도록 하여 암호화통신부, 시큐어메모리부, 시큐어입출력부, 시큐어모듈 및 보안강화부으로 구성된 모듈화시킨 중앙처리 부품과 계측부가 나누어진 2개의 형태로 이루어지거나, 상기 모듈화시킨 중앙처리 부품과 계측부가 일체화된 하나의 형태로 이루어질 수 있는 것을 특징으로 하는 보안 강화형 스마트 미터링 전력량계.
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