KR20110100598A - Apparatus for electric power trading based on subscriber authentication on smart grid - Google Patents

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KR20110100598A
KR20110100598A KR1020110019506A KR20110019506A KR20110100598A KR 20110100598 A KR20110100598 A KR 20110100598A KR 1020110019506 A KR1020110019506 A KR 1020110019506A KR 20110019506 A KR20110019506 A KR 20110019506A KR 20110100598 A KR20110100598 A KR 20110100598A
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KR1020110019506A
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양인석
강동주
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재단법인 한국전기전자시험연구원
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Abstract

개시된 내용은 스마트 그리드 상의 가입자 인증기반의 전력거래장치에 관한 것으로서, 댁내/외부 전력소비기기에서 소비되는 전력 사용량과 전력생산기기에서 생산되는 전력 생산량을 검침하고, 단위 전력 요금 정보 및 실시간으로 검침한 전력 사용량과 전력 생산량을 제 1 보안인증모듈에 저장하도록 제어하며, 서버 컴퓨터와 통신 접속을 진행하여 전력 요금 정보, 실시간 전력 사용량 및 전력 생산량 정보, 전력거래 정산처리정보에 대한 데이터 통신을 수행하는 스마트 미터와, 스마트 미터에 접속된 제 1 보안인증모듈의 고유 키로부터 유도된 키를 분배하여 사용하는 제 2 보안인증모듈이 전기적으로 접속되어 있으며, 전력 사용량 정보를 스마트 미터로 전송하는 댁내/외부 전력소비기기와, 스마트 미터에 접속된 제 1 보안인증모듈의 고유 키로부터 유도된 키를 분배하여 사용하는 제 2 보안인증모듈이 전기적으로 접속되어 있으며, 전력 생산량 정보를 스마트 미터로 전송하는 전력생산기기와, 스마트 미터의 가입자 인증을 수행하며, 가입자 인증이 수행된 각 스마트 미터로부터 전송되는 실시간 전력 사용량 및 전력 생산량 정보를 토대로 각 가입자별 전력거래의 정산 처리를 수행하는 서버 컴퓨터를 포함한다. 따라서, 위변조를 방지하여 전력 요금 정보의 안전한 관리는 물론 기기간의 실시간 인증을 수행할 수 있으며, 전력 사용량과 전력 생산량의 원활한 정산처리를 수행할 수 있다.The present disclosure relates to a subscriber authentication-based power trading device on a smart grid, which reads power consumption consumed at home / external power consumption devices and power production produced at a power generation device, and reads unit power rate information and real time information. Smart control that stores the power consumption and power production in the first security authentication module, and communicates with the server computer to perform data communication for power bill information, real-time power usage and power production information, power transaction settlement processing information The meter and a second security authentication module for distributing a key derived from a unique key of the first security authentication module connected to the smart meter are electrically connected to each other, and an internal / external power for transmitting power usage information to the smart meter. With the unique key of the first security authentication module connected to the consumer device and the smart meter The second security authentication module for distributing the derived key is electrically connected to the power generation device for transmitting the power generation information to the smart meter, and performs the subscriber authentication of the smart meter and performs subscriber authentication. It includes a server computer that performs settlement processing of power transactions for each subscriber based on real-time power usage and power production information transmitted from the smart meter. Therefore, by preventing forgery, it is possible to securely manage power rate information, perform real-time authentication between devices, and perform smooth settlement of power consumption and power production.

Description

스마트 그리드 상의 가입자 인증기반의 전력거래장치{Apparatus for electric power trading based on subscriber authentication on smart grid}Apparatus for electric power trading based on subscriber authentication on smart grid}

본 발명은 스마트 그리드 상의 가입자 인증기반의 전력거래장치에 관한 것이다.The present invention relates to an electric power trading device based on subscriber authentication on a smart grid.

최근 들어 전기로 구동하는 모든 시설과 기기를 다양한 통신 네트워크를 통해 연결하는 스마트 그리드 개념이 등장하였다.Recently, a smart grid concept has emerged that connects all electricity-driven facilities and devices through various communication networks.

스마트 그리드는 전력망에 정보기술(IT)을 접목하여, 전력공급자와 소비자가 양방향 정보교환을 통한 에너지 효율의 최적화 및 새로운 부가가치 창출을 위한 차세대 전력망사업이다.Smart Grid is a next-generation power grid business that combines information technology (IT) with the power grid to optimize energy efficiency and create new added value through the bidirectional information exchange.

에너지와 통신 인프라를 중심으로 전기 에너지 기반의 모든 시스템을 통합하는 스마트 그리드는 설비 및 기기의 상호작용을 지능화된 자동화 기능을 통해 제어하여, 전체 시스템이 하나의 유기적인 시스템으로 작동하도록 한다.Integrating all electrical energy-based systems around energy and communication infrastructures, the Smart Grid controls the interaction of facilities and equipment through intelligent automation, allowing the entire system to work as one organic system.

현재 전력시스템은 크게 전력계통과 이를 제어하기 위한 통신인프라인 스카다(SCADA) 네트워크로 구성되어 있다. 현재의 SCADA 시스템은 발전기나 대규모 수용가 등 일정규모 이상의 대형설비 수요를 모니터링하고 제어하지만, 향후 스마트 그리드 체제에서는 개개인의 최종소비자까지 참여하게 되면, 기존의 SCADA 시스템과는 달리 전력시스템에 능동적으로 참여(즉 전기를 자체 생산하거나 시장가격에 반응)하게 된다.The current power system is largely composed of the power system and the communication infrastructure SCADA network to control it. The current SCADA system monitors and controls the demand of large-scale facilities over a certain scale such as generators and large-scale customers.However, in the future, when the end-users of the individual participate in the smart grid system, unlike the existing SCADA system, they actively participate in the power system ( That is, they produce electricity themselves or respond to market prices.

기존의 전력시스템은 일정기간 누적된 전력 사용량에 고정 전력단가(원/kWh)를 곱하는 개념인 누적 적산 계량기(기계식 아날로그 계량기)를 사용하고 있으며, 이후 실시간 계량 기술이 꾸준히 개발되어 여러 가지 부가기능이 더해진 스마트 미터(smart meter) 개념이 등장하였다. 스마트 미터는 실시간으로 변하는 전기 사용량을 측정하고, 실시간 가격을 소비자에게 전달할 수 있는데, 이러한 스마트 미터들의 통신을 위해 설치되는 통신 인프라를 AMI(Advanced Metering Infrastructure)라고 한다.The existing power system uses a cumulative totalizer (mechanical analog meter), which is a concept of multiplying the accumulated power consumption over a certain period by a fixed power unit price (won / kWh) .Afterwards, real-time weighing technology has been developed steadily. The addition of the smart meter concept has emerged. Smart meters can measure electricity usage in real time and deliver real-time prices to consumers. The communication infrastructure installed for communicating these smart meters is called AMI (Advanced Metering Infrastructure).

그러나, 상술한 바와 같은 종래의 스마트 미터와 AMI 상에는 상업적 정보 데이터가 교환되므로 해킹 및 사이버 보안 위협이 상존하였으며, 이와 동시에 스마트 미터로 노출되는 개인 사생활 노출 위협에 대한 보안 대책도 필요한 실정이다.However, since commercial information data is exchanged on the conventional smart meter and the AMI as described above, hacking and cyber security threats exist, and at the same time, security measures against personal privacy exposure threats exposed to the smart meter are also required.

즉 종래에는 사설 키 정보가 미터기기에 저장되어 있기 때문에 소자 분해 등의 공격에 의해 키 정보가 노출되거나, 키 정보의 갱신 및 관리의 문제가 있었고, 미터기기에서의 암호화를 위한 기능 구현에 있어 보안성이 저하되고, 미터기기에 저장되는 전력 가격정보의 왜곡이나 위변조가 가능하였으며, 별도의 암호화, 복호화를 위한 기기가 필요한 문제점이 있었다.That is, since private key information is conventionally stored in a meter device, there is a problem of exposing the key information by an attack such as device decomposition, or updating and managing key information. The deterioration of the property, and the distortion or forgery of the power price information stored in the meter device was possible, there was a problem that requires a separate device for encryption, decryption.

한편, 스마트 그리드 체계의 스마트 기기는 양방향 통신과 스스로 명령어에 대하여 반응할 수 있는 구조를 지니고 있기 때문에 신재생 에너지원 및 지능형 가전기기, 스마트 미터, 전력망 통신, 전력 서비스 등에 대하여 수요자 측면에서 진지하게 고려해 봐야 하지만, 현재의 시스템은 정부 및 기업위주로 되어 있는 실정이다.On the other hand, smart devices in the smart grid system have two-way communication and a structure that can respond to commands on their own. Therefore, serious consideration should be given to the demand side of renewable energy sources, intelligent home appliances, smart meters, grid communication, and power services. As you should see, the current system is government and business oriented.

즉 스마트 그리드의 일방향적 구현은 자칫하면 소비자들로부터 외면을 받을 수 있기 때문에 기존의 정부 및 기업위주의 공급자 중심에서 벗어나 수요자 입장에서 스마트 그리드에 대한 측면을 고려해야 하는 것이다. 이는 일반 소비자들에게 있어 환경에 대한 중요성은 인식하고 있으나, 현실적으로 와 닿지 않는 부분과 비슷하다.In other words, since the one-way implementation of the smart grid can be disregarded by consumers, it is necessary to consider aspects of the smart grid from the point of view of the consumer, away from the existing government and enterprise-oriented supplier centers. This recognizes the importance of the environment to the average consumer, but it is similar to the ones that are not realistic.

그러므로 스마트 미터와 관련된 보안에 대한 이슈 및 이를 통한 실시간 원격검침과 기능 분석, 수용가 측면의 신재생 에너지원과 저장장치, 스마트 가전기기, 전기차 충전과 관련된 이슈 사항을 재조명하여 가입자 인증기반을 토대로 한 전력거래를 고려해야 할 것이다.Therefore, the issue of security related to smart meters, real-time remote metering and function analysis through them, and issues related to renewable energy sources, storage devices, smart home appliances, and electric vehicle charging in terms of customers, were reviewed. You will have to consider the deal.

본 발명의 목적은 전술한 문제점을 해결할 수 있도록, 스마트 그리드 상의 각 기기에 보안성이 우수한 카드 기반의 보안인증모듈을 구비함으로써, 데이터의 안전한 관리, 별도의 보안인증모듈을 통한 기기간의 실시간 인증, 임의의 세션키 생성을 통한 기기간의 암복호화 통신을 수행하며, 이를 토대로 각 가입자별로 실시간으로 사용되는 전력량과 신재생 에너지원을 통해 생산하는 전력량에 대한 전력거래를 원활하게 수행할 수 있도록 하는 스마트 그리드 상의 가입자 인증기반의 전력거래장치를 제공하는 데 있다.An object of the present invention is to provide a card-based security authentication module with excellent security in each device on the smart grid, so as to solve the above problems, secure management of data, real-time authentication between devices through a separate security authentication module, It performs encryption / decryption communication between devices by generating a random session key, and based on this, smart grid enables smooth power transactions for the amount of electricity used by each subscriber and the amount of power produced by renewable energy sources. The present invention provides a power transaction apparatus based on subscriber authentication.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 그리드 상의 가입자 인증기반의 전력거래장치는, 각종 가전기기, 전기 자동차를 포함한 댁내/외부 전력소비기기에서 소비되는 전력 사용량을 실시간으로 검침함과 동시에, 신재생 에너지원을 포함한 전력생산기기에서 생산되는 전력 생산량을 실시간으로 검침하고, 단위 전력 요금 정보 및 실시간으로 검침한 전력 사용량과 전력 생산량을 전기적으로 접속된 제 1 보안인증모듈에 저장하도록 제어하며, 전력선 통신을 포함한 통신망을 통해 전력거래를 수행하는 서버 컴퓨터와 통신 접속을 진행하여 전력 요금 정보, 실시간 전력 사용량 및 전력 생산량 정보, 전력거래 정산처리정보에 대한 데이터 통신을 수행하는 스마트 미터와, 스마트 미터에 접속된 제 1 보안인증모듈의 고유 키로부터 유도된 키를 분배하여 사용하는 제 2 보안인증모듈이 전기적으로 접속되어 있으며, 댁내/외부에서 실시간으로 사용되는 전력 사용량 정보를 스마트 미터로 전송하는 댁내/외부 전력소비기기와, 스마트 미터에 접속된 제 1 보안인증모듈의 고유 키로부터 유도된 키를 분배하여 사용하는 제 2 보안인증모듈이 전기적으로 접속되어 있으며, 실시간으로 생산되는 전력 생산량 정보를 스마트 미터로 전송하는 전력생산기기, 그리고 스마트 미터의 가입자 인증을 수행하며, 가입자 인증이 수행된 각 스마트 미터로부터 전송되는 실시간 전력 사용량 및 전력 생산량 정보를 토대로 각 가입자별 전력거래의 정산 처리를 수행하는 서버 컴퓨터를 포함할 수 있다.In accordance with an embodiment of the present invention, a subscriber authentication-based power transaction apparatus on a smart grid for realizing such an object, reads power consumption consumed by home / external power consumption devices including various home appliances and electric vehicles in real time. At the same time, the electric power produced by the electric power generating device including the renewable energy source is read in real time, and the unit power rate information and the measured electric power consumption and electric power generated in real time are stored in the electrically connected first security authentication module. Smart meter that controls and communicates with server computer that performs power transaction through communication network including power line communication and performs data communication about power rate information, real-time power usage and power production information, and power transaction settlement processing information. With the unique key of the first security authentication module connected to the smart meter The second security authentication module, which distributes and uses the derived key, is electrically connected, and is connected to the indoor / external power consumption device that transmits the power usage information used in real time inside / outside to the smart meter and the smart meter. The second security authentication module which is used to distribute the key derived from the unique key of the first security authentication module is electrically connected, the power production device for transmitting power production information generated in real time to the smart meter, and the smart meter It may include a server computer for performing the subscriber authentication, and performing the settlement processing of the power transaction for each subscriber based on the real-time power usage and power production information transmitted from each smart meter on which the subscriber authentication has been performed.

이때 스마트 미터는, 댁내/외부 전력소비기기에 접속된 제 2 보안인증모듈로부터 전송되는 정보를 토대로 전력 사용량을 검침하며, 전력생산기기에 접속된 제 2 보안인증모듈로부터 전송되는 정보를 토대로 전력 생산량을 검침하는 검침부와, 서버 컴퓨터와의 통신 접속을 제어하여 전기적으로 접속된 제 1 보안인증모듈의 가입자 인증을 처리하고, 검침부에서 수행하는 전력 사용량 및 전력 생산량의 실시간 검침을 총괄적으로 제어하고, 검침부에서 검침된 전력 사용량 및 전력 생산량을 전기적으로 접속된 제 1 보안인증모듈에 저장하도록 제어하며, 단위 전력 요금 정보의 제 1 보안인증모듈의 저장 및 실시간 전력 사용량 정보와 전력 생산량 정보에 대한 서버 컴퓨터와의 데이터 통신을 제어하는 제어부와, 제 1 보안인증모듈이 전기적으로 접속되는 인터페이스부, 그리고 제어부의 제어에 따라 서버 컴퓨터와 통신 접속을 진행하여 가입자 인증, 단위 전력 요금 정보, 전력 사용량 정보와 전력 생산량 정보, 전력거래 정산처리정보에 관련된 데이터 송수신을 수행하는 통신부를 포함할 수 있다.In this case, the smart meter reads power consumption based on information transmitted from the second security authentication module connected to the home / external power consumption device, and generates electricity based on information transmitted from the second security authentication module connected to the power generator. The subscriber unit of the first security authentication module electrically connected by controlling the communication connection with the meter computer and the server computer, and collectively controlling the real-time metering of power consumption and power production performed by the meter unit. The controller controls the meter reading unit to store the electricity consumption and the electricity production amount in the first security authentication module electrically connected, and the storage of the first security authentication module of the unit power charge information and the real-time power usage information and the power production information. The control unit for controlling data communication with the server computer, the first security authentication module is electrically connected The interface unit may include a communication unit performing communication connection with the server computer under the control of the controller to perform data transmission / reception related to subscriber authentication, unit power charge information, power usage information and power production information, and power transaction settlement processing information. have.

그리고 서버 컴퓨터는, 스마트 미터와 가입자 인증을 위한 키 정보, 전력 사용량 정보 및 전력 생산량 정보에 대한 데이터를 송수신하는 데이터 통신부와, 데이터 통신부를 통해 스마트 미터로부터 전송되는 인증 위한 키 정보를 토대로 가입자 인증을 수행하고, 가입자 인증 이후 해당 스마트 미터로부터 전송되는 실시간 전력 사용량 및 전력 생산량 정보를 토대로 전력사용금액과 전력생산금액의 누적, 저장을 제어하며, 사전에 정해진 기간이 도래될 때마다 각 가입자별 전력사용금액과 전력생산금액을 토대로 전력거래에 따른 정산처리를 제어하는 제어부와, 제어부의 제어에 따라 스마트 미터로부터 전송되는 실시간 전력 사용량 및 전력 생산량 정보를 토대로 각 가입자별 전력사용요금과 전력생산요금을 연산하며, 각 가입자별로 누적, 저장된 전력사용금액과 전력생산금액을 토대로 전력거래에 따른 정산처리를 수행하는 전력거래 정산부, 그리고 각 스마트 미터별 가입자 인증을 위한 키 정보를 저장하고 있고, 전력거래 정산부에서 연산된 각 가입자별 전력생산금액과 전력사용금액을 누적, 저장하며, 전력거래 정산부에서 처리된 전력거래 정산처리 정보를 저장하는 데이터베이스를 포함할 수 있다.The server computer performs a subscriber authentication based on a data communication unit which transmits and receives data on key information, power usage information, and power generation information for smart meter and subscriber authentication, and key information for authentication transmitted from the smart meter through the data communication unit. It controls the accumulation and storage of power consumption amount and power generation amount based on real-time power usage and power generation information transmitted from the smart meter after subscriber authentication, and when each predetermined period arrives, power usage by each subscriber The control unit controls the settlement processing according to the power transaction based on the amount and the power generation amount, and calculates the power usage fee and power generation fee for each subscriber based on the real-time power usage and power production information transmitted from the smart meter under the control of the control unit. Accumulated and stored for each subscriber The power transaction settlement unit that performs settlement processing according to the power transaction based on the power usage amount and the electricity production amount, and key information for subscriber authentication for each smart meter are stored, and the power for each subscriber calculated by the power transaction settlement unit It may include a database that accumulates and stores the production amount and the electricity use amount, and stores the power transaction settlement processing information processed by the power transaction settlement unit.

이상에서와 같이 본 발명의 스마트 그리드 상의 가입자 인증기반의 전력거래장치에 따르면, 스마트 그리드 상의 각 기기에 보안성이 우수한 카드 기반의 보안인증모듈을 구비함으로써, 임의의 위변조를 방지하여 전력 요금 정보의 가장 안전한 관리를 수행함은 물론, 기기간의 실시간 인증을 수행할 수 있으며, 이를 토대로 실시간으로 사용되는 전력량과 신재생 에너지원을 통해 생산되는 전력량의 원활한 정산처리를 수행할 수 있는 효과가 있다.As described above, according to the subscriber authentication-based power transaction apparatus on the smart grid of the present invention, by providing a card-based security authentication module with excellent security in each device on the smart grid, to prevent any forgery of the power rate information In addition to performing the most secure management, it is possible to perform real-time authentication between devices, and based on this, it is possible to perform smooth settlement processing of the amount of power used in real time and the amount of power produced through renewable energy sources.

또한, 가입자 모듈을 별도 관리하여 보안기능이 강화되고, 미터 개발/제조업체의 보안에 대한 기능구현은 모듈로 넘기고, 스마트 미터는 본연의 계측, 통신, 전력량 집계에 집중하고, 보안인증모듈을 통한 보안을 수행하는 등 별도의 보안/암호 기능을 분리하기 때문에 관리의 편의성이 증대되며, IC 카드 기반의 사용을 통한 향후 확대성이 증가되는 효과가 있다.In addition, the security function is strengthened by managing the subscriber module separately, the function implementation of the security of the meter developer / manufacturer is transferred to the module, and the smart meter concentrates on the inherent measurement, communication, and power counting, and the security through the security authentication module. Since separate security / password functions are separated, such as, the convenience of management is increased, and the future expandability through the use of IC card-based is increased.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 그리드 상의 가입자 인증기반의 전력거래장치의 구성을 개략적으로 나타낸 도면,
도 2는 도 1의 스마트 미터의 구성을 보다 상세하게 나타낸 도면,
도 3은 도 1의 서버 컴퓨터의 구성을 보다 상세하게 나타낸 도면,
도 4는 본 발명에 적용된 스마트 미터 및 보안인증모듈의 개념을 보다 상세하게 설명하기 위한 도면,
도 5는 본 발명에 적용되는 보안인증모듈을 통해 수행되는 기능을 개략적으로 나타낸 도면,
도 6은 본 발명에서 사용되는 스마트 카드의 일 예를 나타낸 도면이다.
1 is a view schematically showing the configuration of a subscriber authentication-based power trading device on a smart grid according to an embodiment of the present invention;
2 is a view showing in more detail the configuration of the smart meter of FIG.
3 is a view showing in more detail the configuration of the server computer of FIG.
4 is a view for explaining in more detail the concept of the smart meter and security authentication module applied to the present invention;
5 is a view schematically showing a function performed through a security authentication module applied to the present invention;
6 is a diagram illustrating an example of a smart card used in the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 그리드 상의 가입자 인증기반의 전력거래장치를 상세하게 설명한다.Hereinafter, a subscriber authentication based power transaction apparatus on a smart grid according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 그리드 상의 가입자 인증기반의 전력거래장치의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.1 is a view schematically showing the configuration of a subscriber authentication-based power trading device on a smart grid according to an embodiment of the present invention.

도시된 바와 같이 본 발명의 전력거래장치는, 댁내/외부 전력소비기기(100), 전력생산기기(200), 스마트 미터(300), 서버 컴퓨터(400), 제 1 보안인증모듈(310), 제 2 보안인증모듈(110)(210) 등으로 구성된다.As shown in the power transaction apparatus of the present invention, home / external power consumption device 100, power production device 200, smart meter 300, server computer 400, the first security authentication module 310, The second security authentication module 110, 210 and the like.

댁내/외부 전력소비기기(100)는 댁내에서 사용되는 각종 가전기기는 물론, 외부의 전기 자동차 충전소 등과 같이 전력을 소비하는 기기로서, 스마트 미터(300)에 접속된 제 1 보안인증모듈(310)의 고유 키로부터 유도된 키를 분배하여 사용하는 제 2 보안인증모듈(110)이 전기적으로 접속되어 있으며, 댁내/외부에서 실시간으로 사용되는 전력 사용량 정보를 스마트 미터(300)로 전송한다.The indoor / external power consumption device 100 is a device that consumes power, such as various electric appliances used in the home, as well as an external electric vehicle charging station, and the first security authentication module 310 connected to the smart meter 300. The second security authentication module 110 is used to distribute the key derived from the unique key of the electrical connection, and transmits the power usage information used in real time in the home / outside to the smart meter (300).

전력생산기기(200)는 신재생 에너지원을 포함한 전력을 생산하는 기기로서, 스마트 미터(300)에 접속된 제 1 보안인증모듈(310)의 고유 키로부터 유도된 키를 분배하여 사용하는 제 2 보안인증모듈(210)이 전기적으로 접속되어 있으며, 실시간으로 생산되는 전력 생산량 정보를 스마트 미터(300)로 전송한다.The power generation device 200 is a device for generating power including a renewable energy source, and a second key for distributing and using a key derived from a unique key of the first security authentication module 310 connected to the smart meter 300. The security authentication module 210 is electrically connected, and transmits power production information generated in real time to the smart meter 300.

스마트 미터(300)는 각종 가전기기, 전기 자동차를 포함한 댁내/외부 전력소비기기(100)에서 소비되는 전력 사용량을 실시간으로 검침함과 동시에, 신재생 에너지원을 포함한 전력생산기기(200)에서 생산되는 전력 생산량을 실시간으로 검침하며, 단위 전력 요금 정보 및 실시간으로 검침한 전력 사용량과 전력 생산량을 전기적으로 접속된 제 1 보안인증모듈(310)에 저장하도록 제어한다. 그리고 전력선 통신을 포함한 통신망을 통해 전력거래를 수행하는 서버 컴퓨터(400)와 통신 접속을 진행하여 전력 요금 정보, 실시간 전력 사용량 및 전력 생산량 정보, 전력거래 정산처리정보에 대한 데이터 통신을 수행한다.The smart meter 300 reads the power consumption consumed by the home / external power consumption device 100 including various home appliances and electric vehicles in real time, and is produced by the power production device 200 including a renewable energy source. The amount of power produced is read in real time, and the control unit is configured to store the unit power rate information and the measured power consumption and power amount in real time in the first security authentication module 310 which is electrically connected. In addition, a communication connection is performed with the server computer 400 performing the power transaction through a communication network including power line communication to perform data communication on power charge information, real-time power consumption and power production information, and power transaction settlement processing information.

이때 제 1 보안인증모듈(310)은, 스마트 미터(300)에 전기적으로 접속되어 전력을 사용하거나 생산하는 사용자의 인증을 위한 키 정보, 단위 전력 요금 정보, 데이터 통신시 사용되는 암호화 정보를 저장하고 있고, 기 저장된 특정 사용자의 인증 키 정보를 토대로 스마트 미터(300)를 통해 전력거래를 수행하는 서버 컴퓨터(400)와 접속하여 가입자 인증을 수행하고, 전기적으로 접속된 스마트 미터(300)에 댁내/외부 전력소비기기(100) 및 전력생산기기(200)로부터 전송되는 전력 사용량 정보 및 전력 생산량 정보를 갱신, 저장하며, 전력 사용량 및 전력 생산량 정보를 스마트 미터(300)를 통해 서버 컴퓨터(400)로 전송한다.In this case, the first security authentication module 310 is electrically connected to the smart meter 300, and stores key information, unit power charge information, and encryption information used for data communication for authentication of a user who uses or produces power. On the basis of the pre-stored authentication key information of the specific user, and connected to the server computer 400 performing a power transaction through the smart meter 300 to perform subscriber authentication, the home / to the electrically connected smart meter 300 Update and store power usage information and power production information transmitted from the external power consumption device 100 and the power production device 200, and transmit the power usage and power production information to the server computer 400 through the smart meter 300. send.

서버 컴퓨터(400)는 스마트 미터(300)의 가입자 인증을 수행하며, 가입자 인증이 수행된 각 스마트 미터(300)로부터 전송되는 실시간 전력 사용량 및 전력 생산량 정보를 토대로 각 가입자별 전력거래의 정산 처리를 수행한다.The server computer 400 performs subscriber authentication of the smart meter 300 and performs settlement processing of power transactions for each subscriber based on real-time power usage and power production information transmitted from each smart meter 300 on which subscriber authentication has been performed. To perform.

한편, 상술한 댁내/외부 전력소비기기(100) 및 전력생산기기(200)에 각각 전기적으로 접속되는 제 2 보안인증모듈(110)(210)은, 전력을 사용하거나 생산하는 사용자의 인증을 위한 키 정보를 저장하지 않고 제 1 보안인증모듈(310)의 고유 키로부터 유도된 키를 분배받아 사용하며, 제 1 보안인증모듈(310)과 상호 인증을 수행한 이후 스마트 미터(300)와 데이터 통신을 수행한다.On the other hand, the second security authentication module 110, 210 which is electrically connected to the above-mentioned indoor / external power consumption device 100 and the power production device 200, respectively, for the authentication of the user using or producing power After receiving the key derived from the unique key of the first security authentication module 310 without storing the key information, and after performing mutual authentication with the first security authentication module 310, data communication with the smart meter 300 Do this.

그리고 제 1 보안인증모듈(310)과 제 2 보안인증모듈(110)(210) 각각은, SIM 카드를 포함한 각종 스마트 카드를 사용하는 것이 바람직하다.Each of the first security authentication module 310 and the second security authentication module 110 and 210 preferably uses various smart cards including a SIM card.

도 2는 도 1의 스마트 미터(300)의 구성을 보다 상세하게 나타낸 도면이다.2 is a diagram illustrating the configuration of the smart meter 300 of FIG. 1 in more detail.

도시된 바와 같이 스마트 미터(300)는, 검침부(302), 제어부(304), 인터페이스부(306), 통신부(308) 등으로 구성된다.As shown in the figure, the smart meter 300 includes a meter reading unit 302, a controller 304, an interface unit 306, a communication unit 308, and the like.

검침부(302)는 댁내/외부 전력소비기기(100)에 접속된 제 2 보안인증모듈(110)로부터 전송되는 정보를 토대로 전력 사용량을 검침하며, 전력생산기기(200)에 접속된 제 2 보안인증모듈(210)로부터 전송되는 정보를 토대로 전력 생산량을 검침한다.The meter reading unit 302 reads power usage based on information transmitted from the second security authentication module 110 connected to the home / external power consumption device 100 and the second security connected to the power production device 200. Based on the information transmitted from the authentication module 210, the power production meter is read.

제어부(304)는 서버 컴퓨터(400)와의 통신 접속을 제어하여 전기적으로 접속된 제 1 보안인증모듈(310)의 가입자 인증을 처리하고, 검침부(302)에서 수행하는 전력 사용량 및 전력 생산량의 실시간 검침을 총괄적으로 제어하고, 검침부(302)에서 검침된 전력 사용량 및 전력 생산량을 전기적으로 접속된 제 1 보안인증모듈(310)에 저장하도록 제어하며, 단위 전력 요금 정보의 제 1 보안인증모듈(310)의 저장 및 실시간 전력 사용량 정보와 전력 생산량 정보에 대한 서버 컴퓨터(400)와의 데이터 통신을 제어한다.The controller 304 controls the communication connection with the server computer 400 to process the subscriber authentication of the first security authentication module 310 that is electrically connected, and to perform real-time power consumption and power production performed by the meter 302. The metering control is collectively controlled, and the metering unit 302 controls to store the metered power consumption and the amount of power produced in the first security authentication module 310 that is electrically connected, and the first security authentication module of unit power rate information ( Control data storage with the server computer 400 for storage and real-time power usage information and power production information of 310.

인터페이스부(306)는 제 1 보안인증모듈(310)이 전기적으로 접속되어 단위 전력 요금 정보, 가입자 인증, 전력 사용량과 전력 생산량에 따른 실시간 검침에 관련된 데이터 통신을 수행한다.The interface unit 306 is electrically connected to the first security authentication module 310 to perform data communication related to real-time meter reading according to unit power charge information, subscriber authentication, power consumption, and power production.

통신부(308)는 제어부(304)의 제어에 따라 서버 컴퓨터(400)와 통신 접속을 진행하고, 가입자 인증, 단위 전력 요금 정보, 전력 사용량 정보와 전력 생산량 정보, 전력거래 정산처리정보에 관련된 데이터 송수신을 수행한다.The communication unit 308 performs a communication connection with the server computer 400 under the control of the control unit 304, and transmits and receives data related to subscriber authentication, unit power charge information, power usage information and power production amount information, and power transaction settlement processing information. Do this.

도 3은 도 1의 서버 컴퓨터(400)의 구성을 보다 상세하게 나타낸 도면이다.3 is a diagram showing the configuration of the server computer 400 of FIG. 1 in more detail.

도시된 바와 같이 서버 컴퓨터(400)는, 데이터 통신부(410), 제어부(420), 전력거래 정산부(430), 데이터베이스(440) 등으로 구성된다.As illustrated, the server computer 400 includes a data communication unit 410, a control unit 420, a power transaction settlement unit 430, a database 440, and the like.

데이터 통신부(410)는 통신 접속된 스마트 미터(300)와 가입자 인증을 위한 키 정보, 전력 사용량 정보 및 전력 생산량 정보에 대한 데이터를 송수신한다.The data communication unit 410 transmits / receives data about key information, power usage information, and power production information for subscriber authentication with the smart meter 300 connected to the communication.

제어부(420)는 데이터 통신부(410)를 통해 스마트 미터(300)로부터 전송되는 인증 위한 키 정보를 토대로 가입자 인증을 수행하고, 가입자 인증 이후 해당 스마트 미터(300)로부터 전송되는 실시간 전력 사용량 및 전력 생산량 정보를 토대로 전력사용금액과 전력생산금액의 누적, 저장을 제어하며, 사전에 정해진 기간이 도래될 때마다 각 가입자별 전력사용금액과 전력생산금액을 토대로 전력거래에 따른 정산처리를 제어한다.The control unit 420 performs subscriber authentication based on the key information for authentication transmitted from the smart meter 300 through the data communication unit 410, and real-time power consumption and power production amount transmitted from the smart meter 300 after subscriber authentication. It controls the accumulation and storage of electricity use amount and electricity generation amount based on the information, and controls settlement processing according to electricity transaction based on electricity use amount and electricity generation amount for each subscriber whenever a predetermined period arrives.

전력거래 정산부(430)는 제어부(420)의 제어에 따라 스마트 미터(300)로부터 전송되는 실시간 전력 사용량 및 전력 생산량 정보를 토대로 각 가입자별 전력사용요금과 전력생산요금을 연산하여 데이터베이스(440)에 누적 저장하도록 하며, 각 가입자별로 누적, 저장된 전력사용금액과 전력생산금액을 토대로 전력거래에 따른 정산처리를 수행한다.The power transaction settlement unit 430 calculates a power usage fee and a power production fee for each subscriber based on the real-time power usage and power production information transmitted from the smart meter 300 under the control of the control unit 420, and the database 440. It accumulates and stores it in the bank, and performs settlement processing according to the power transaction based on the accumulated and stored power use amount and power generation amount for each subscriber.

데이터베이스(440)는 각 스마트 미터(300)별 가입자 인증을 위한 키 정보를 저장하고 있고, 전력거래 정산부(430)에서 연산된 각 가입자별 전력생산금액과 전력사용금액을 누적, 저장하며, 전력거래 정산부(440)에서 처리된 전력거래 정산처리 정보를 저장한다.The database 440 stores key information for subscriber authentication for each smart meter 300, accumulates and stores power generation amount and power use amount for each subscriber calculated by the power transaction settlement unit 430, and stores power. Stores the power transaction settlement processing information processed by the transaction settlement unit 440.

한편, 도 4는 본 발명에 적용된 스마트 미터 및 보안인증모듈의 개념을 보다 상세하게 설명하기 위한 도면으로서, 기존 미터기의 ROM, EEPROM, 암호화 기능, 검침 기능으로 구성되어 있던 것을 스마트 미터와 별도의 SIM 카드로 된 제 1 및 제 2 보안인증모듈로 분리한 것을 나타낸 도면이다.On the other hand, Figure 4 is a view for explaining in more detail the concept of the smart meter and security authentication module applied to the present invention, the existing meter meter, ROM, EEPROM, encryption function, and meter reading function that is composed of a separate SIM Figure showing the separation of the first and second security authentication module of the card.

이와 같은 제 1 및 제 2 보안인증모듈의 기본 설계 개념은 기존의 전력량계에 들어있는 요금정보 및 검침된 요금정보를 보안이 우수한 스마트 카드 기반의 안전한 메모리에 저장하는 것이다. 이를 위하여 기존의 스마트 미터에 ISO 7816에서 정의하는 SIM 타입의 카드를 수용할 수 있는 SIM 슬롯을 내장하였다.The basic design concept of the first and second security authentication modules is to store the charge information and metered charge information in the existing electricity meter in a secure memory based on smart card with excellent security. To this end, the existing smart meter has a SIM slot that can accommodate a SIM type card defined in ISO 7816.

또한, 가입자 인증은 전력판매회사에서 운영하는 서버 컴퓨터 측으로부터 가입자의 정보를 받아 발급하게 되는데, 이때 보안인증모듈에는 가입자 인증에 필요한 키 정보가 수록되며, 향후 전력망에서 이 정보를 기반으로 가입자를 인증하게 된다.In addition, subscriber authentication is issued by receiving the subscriber's information from the server computer operated by the power sales company, in which the security authentication module contains the key information necessary for subscriber authentication, and authenticates the subscriber based on this information in the future power grid. Done.

제 1 및 제 2 보안인증모듈은 자바카드 기반의 운영체제로 개발되며, 전력요금이 저장되는 요금테이블 정보와 인증방법, 키 관리 등 보안에 취약한 정보들을 안전하게 저장할 수 있는 애플리케이션을 개발하여 탑재한다. 스마트 카드 기반으로 개발됨으로써 도 5에서와 같이 가입자에 대한 인증(Authentication), 통신하는 구간에 대한 암호화, 데이터(메시지)에 대한 무결성(Data Integrity)을 보장하는 MAC을 구현할 수 있다. 또한, 신재생 에너지원을 통한 전력 거래 시에 가입자의 전자서명을 통하여 거래하고자 하는 신재생 에너지원의 정보 및 전력량 정보에 대한 전자서명을 통하여 인터넷뱅킹과 같은 전자식 거래가 가능하다. 또한 스마트 카드의 파일시스템을 활용하여 정보의 체계 및 분류가 가능하며, 이 체계화된 분류는 가입자 인증 및 양방향 통신으로 실시간으로 책정되는 요금정보 테이블로 갱신할 수 있다. 고객의 시간대별로 사용하는 전력량사용에 대해서는 암호화되어 안전하게 보관됨으로써, 정보의 유출에 따른 오남용을 막을 수 있으며 이를 통해 개인의 프라이버시도 보호될 수 있다.The first and second security authentication modules are developed as a Java card-based operating system, and develop and mount an application that can securely store security vulnerable information such as charge table information, an authentication method, and key management, in which power fees are stored. As developed based on the smart card, as shown in FIG. 5, a MAC that guarantees authentication of a subscriber, encryption of a communication interval, and data integrity can be implemented. In addition, an electronic transaction such as Internet banking is possible through an electronic signature for information on the renewable energy source and the amount of power to be traded through the subscriber's electronic signature when the electricity is traded through the renewable energy source. In addition, it is possible to organize and classify information using the smart card file system, which can be updated with the rate information table set in real time through subscriber authentication and two-way communication. The amount of electricity used by the customer's time zone is encrypted and stored securely, thereby preventing misuse due to leakage of information, thereby protecting personal privacy.

또한, 전력망을 통하여 애플리케이션을 관리할 수 있는 원격관리프로토콜(OTA)에 의해 프로그램에 대한 정보를 통하여 새로운 기능의 추가 및 요금정책의 변경시 새로운 기능으로 원격으로 다운받아 대체가 가능하다. 이 기능은 매우 중요한 기능으로서, 예를 들어 스마트 미터의 요금과 기능을 제어하는 프로그램의 오류로 인하여 요금 과금이 100원에서 1000원으로 변경된다면 그에 대한 피해는 클 것이다. 또한 기존 방식은 기능을 원격으로 관리하는 메커니즘이 없어서 직접 가정까지 가서 1:1로 교체해 주어야 하기 때문에 이로 인한 관리적 피해도 클 수밖에 없다.In addition, the remote management protocol (OTA) that can manage applications through the power grid can be downloaded and replaced remotely with new functions when adding new functions and changing the policy through information on the program. This is a very important feature. For example, if the charge is changed from 100 won to 1000 won due to an error in the program that controls the charge and function of the smart meter, the damage will be great. In addition, the existing method does not have a mechanism for remotely managing functions, so it is necessary to go to the home and replace it 1: 1.

전력량계의 원격검침을 위해 수행되는 AMI 기반 하에서는 각종 장치는 전력선통신(PLC), 무선통신(ZigBee) 등이 수행될 수 있으며, 경우에 따라서는 스마트 미터는 3G/4G와 같은 공중망을 이용하여 통신할 수 있다.Under the AMI based on the meter reading, various devices can perform power line communication (PLC), wireless communication (ZigBee), etc.In some cases, smart meters can communicate using a public network such as 3G / 4G. Can be.

도 6은 본 발명에서 사용되는 스마트 카드의 일 예를 나타낸 도면으로서, 스마트 카드의 물리적인 특성과 외양은 ISO 7816 Part 1에 정의되어 있다. 스마트 카드는 전원 공급 장치, 화면 디스플레이, 키보드 입력 장치 등을 구비하지 않는다. 외부와 통신을 수행하기 위한 카드 인식단말기(CAD, Card Acceptance Device)와 IC 카드간 전원입력방식 및 데이터 전달, 프로토콜에 대해서 ISO 7816에서 정의하고 있다. 또한, 스마트 카드는 교통카드, 금융카드와 같은 13.56MHz 대역의 비접촉식 통신의 기능에 대해서도 ISO 14443에서 정의하고 있다. 보통의 스마트 카드는 ISO 7816에서 정의하는 접촉식 통신과 비접촉식 통신을 모두 지원한다.6 is a view showing an example of a smart card used in the present invention, the physical characteristics and appearance of the smart card is defined in ISO 7816 Part 1. The smart card does not have a power supply, a screen display, a keyboard input device, or the like. ISO 7816 defines the power input method, data transfer, and protocol between Card Acceptance Device (CAD) and IC card to communicate with the outside. Smart cards are also defined in ISO 14443 for the functions of contactless communications in the 13.56 MHz band, such as transportation cards and financial cards. Normal smart cards support both contact and contactless communication as defined by ISO 7816.

스마트 카드는 이와 같이 정보의 저장 및 통신을 통한 데이터 처리능력을 이용하여 암호화 알고리즘이나 프로토콜을 수행하며 보안성을 제공할 뿐만 아니라, 휴대성, 편리성 등의 장점을 제공한다. 스마트카드의 칩은 플라스틱 카드 안에 삽입된 하나의 집적회로에 패키지화되어 외부 공격자에 의한 정보 유출을 막기 위한 보안수단을 제공한다. 또한, 보안수행시 성능을 높이기 위한 전용의 암호 전용프로세서가 내장되어 최신의 암호화 알고리즘을 구현할 수 있다. 또한, 스마트 카드에 저장되는 메모리는 특수한 보호메커니즘을 이용하여 보호되며, 내부의 암호화 키를 이용하여 암호화하여 안전하게 보관될 수 있다. 카드와 외부 단말기의 데이터 교환은 전자서명과 대칭 키 기반의 암호화기술을 이용하여 안전하게 송수신한다. 더욱이 스마트 카드에 대한 접근은 사용자에 대한 인증을 위한 PIN(개인 비밀번호)를 요구하게 되는 데, 이는 부정사용자에 의한 불법 사용을 막기 위함이다.The smart card performs encryption algorithms and protocols using data processing capability through the storage and communication of information, and provides security, as well as portability and convenience. The chip of the smart card is packaged in an integrated circuit inserted in the plastic card to provide a security means to prevent information leakage by an external attacker. In addition, it is possible to implement the latest encryption algorithm is built-in dedicated crypto dedicated processor to enhance the performance when performing security. In addition, the memory stored in the smart card is protected using a special protection mechanism, it can be stored securely encrypted by using an internal encryption key. Data exchange between card and external terminal is securely transmitted and received using digital signature and symmetric key based encryption technology. Moreover, access to smart cards requires a PIN (personal password) for authentication of the user, to prevent illegal use by unauthorized users.

스마트 카드가 갖는 또 하나의 장점은 신용카드 크기와 같거나 작은 휴대성에 있다. 또한, 3G 휴대폰에서 사용되는 USIM(Universal Subscriber Identify Module, 3G 핸드폰 인증을 위해 사용되는 스마트 카드)과 같이 그 기능의 독립성에 있다. 1, 2G CDMA 휴대폰인 경우 기지국, 통신사와의 상호인증시 단말기 자체의 암호화기능을 사용하였으나, 이 기능을 아는 사람에 의하여 복제가 가능하였다. 2.5G인 GSM 규격인 SIM과 CDMA 방식의 UIM이 합쳐진 3G 휴대폰 단말기에서는 상호인증에 대한 기능을 USIM이 대체하게 되었다. USIM은 전 세계 3G 표준 가입자 서비스를 위한 필수인증모듈이 되었으며, 이를 통하여 전 세계 어느 나라에 가도 자동으로 로밍(Roaming)이 될 수 있다. 또한, 케이블 방송과 위성방송의 콘텐츠에 대한 사용자의 인증을 제공함으로써, 비인가된 TV 및 사용자에 대한 시청을 제한하였다. 1980년대 선불 전화카드로 시작된 스마트 카드는 지금은 다양한 응용에 사용되고 있으며, 이런 유연성은 스마트 카드의 가장 큰 잠재력이다.Another advantage of smart cards is their portability, which is less than or equal to the size of a credit card. It is also independent of its functionality, such as the Universal Subscriber Identify Module (USIM) used in 3G mobile phones (smart cards used for 3G mobile phone authentication). In the case of 1G and 2G CDMA mobile phones, the terminal's own encryption function was used for mutual authentication with the base station and the telecommunications company. USIM has replaced the function for mutual authentication in 3G mobile phones, which combines 2.5G GSM SIM and CDMA UIM. USIM has become an essential authentication module for 3G standard subscriber services around the world, and can be roamed automatically anywhere in the world. In addition, by providing the user's authentication of the contents of cable and satellite broadcasting, viewing of unauthorized TV and users is restricted. Smart cards, which began as prepaid phone cards in the 1980s, are now used in a variety of applications, and this flexibility is the greatest potential of smart cards.

다음에는, 이와 같이 구성된 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 그리드 상의 가입자 인증기반의 전력거래장치를 통해 얻을 수 있는 각종 기능 및 향후 적용 가능한 분야에 대하여 기술한다.Next, various functions that can be obtained through a subscriber authentication-based power transaction apparatus on a smart grid and thus applicable fields will be described.

본 발명에 따른 전력거래장치는, 고객의 프라이버시의 보호 및 스마트 미터의 전력망 사용에 대한 인증 수단을 제공함으로써 비인가된 장치 및 사용에 대하여 불허한다. 또한, 전력판매사의 요금과금용 서버와 종단간 인증 및 암호화를 통한 실시간사용에 대한 과금할 수 있게 된다.The power transaction apparatus according to the present invention is disallowed for unauthorized devices and use by providing a means of protecting the privacy of the customer and using the power grid of the smart meter. In addition, the billing server of the utility and billing for real-time use through end-to-end authentication and encryption.

최초 가입자 인증을 통해 생성된 세션 키를 통해 양방향 통신에 대한 신뢰성 및 기밀성을 확보하고, 다른 스마트 가전기기 및 신재생 에너지원에 대하여 응용하여 적용할 수 있다. 또한, 실시간으로 계량된 전력량 정보는 가입자 인증장치의 안전한 정보저장매체에 보관되어, 이 정보를 통한 신재생 에너지원에 대한 전력거래에 대한 상호정산에 대한 모델 및 장치들간의 인증수단을 제공하여 네트워크상의 기밀성을 확보할 수 있다.The session key generated through the initial subscriber authentication ensures the reliability and confidentiality of two-way communication, and can be applied to other smart home appliances and renewable energy sources. In addition, the amount of power metered in real time is stored in a secure information storage medium of the subscriber authentication device, providing a model for the mutual settlement of power transactions for renewable energy sources through the information and authentication means between devices Confidentiality of the prize can be secured.

한편, 전력요금에 관계되는 가입자 인증장치(즉 제 1 보안인증모듈)는 공개키 기반의 전자서명이 가능한 고기능형으로 분류하며, 스마트 가전기기 및 기타 장치간의 통신을 위해서는 기본기능형 가입자 인증장치(즉 제 2 보안인증모듈)를 사용한다.On the other hand, the subscriber authentication device (ie, the first security authentication module) related to the electricity bill is classified as a high-functional type capable of digital signature based on public key, and for the communication between smart home appliances and other devices, the basic functional subscriber authentication device ( That is, the second security authentication module) is used.

고기능형 모듈이 탑재된 제 1 보안인증모듈은 전력판매소(즉 서버 운영자)에서 가입자관리를 위하여 발급 및 운영하며, 실시간으로 사용되는 전력량과 망 이용에 대하여 제 1 보안인증모듈을 통하여 정보를 받고 관리하게 된다. 스마트 가전기기, 전기차 충전 인프라와 같은 기타 기기에 사용되는 제 2 보안인증모듈들은 전자서명기능이 빠진 기본기능형 장치로써 이 장치의 기기별 인증과 통신에 사용되는 키 값들은 제품의 시험 및 평가를 통한 인증(Certification) 제품을 관리하기 위하여 부과되는 정보이거나, 스마트 미터에 전기적으로 접속된 제 1 보안인증모듈의 고유한 키로부터 유도된 키들을 분배하여 사용하게 된다.The first security authentication module equipped with the high-functional module is issued and operated for subscriber management at the power sales office (ie, server operator), and receives and manages the information through the first security authentication module on the amount of power and network use in real time. Done. The second security authentication modules used for other devices such as smart home appliances and electric vehicle charging infrastructure are basic functional devices without the electronic signature function, and the key values used for device-specific authentication and communication are used to test and evaluate the product. Certification through the distribution of keys derived from the unique key of the first security authentication module that is charged to manage the product, or electrically connected to the smart meter.

제 1 보안인증모듈을 통해 분배된 스마트 가전기기 및 전기차 충전 인프라, 신재생 에너지원을 제어하는 장치들은 스마트 미터에 내장된 제 1 보안인증모듈과의 상호 인증과 통신을 통해서만 제어되며, 신재생 에너지원에 의하여 축적된 전력 또한 인가된 사용자의 전력량계에 의한 원격검침을 통해 계통과 상호정산을 수행하게 된다.Smart home appliances and electric vehicle charging infrastructure distributed through the first security authentication module, devices that control renewable energy sources are controlled only through mutual authentication and communication with the first security authentication module built in the smart meter, renewable energy The power accumulated by the source is also mutually settled with the system through a remote meter reading by an authorized user's electricity meter.

따라서 본 발명에 따라 설계된 보안인증모듈을 통한 전력거래를 수행하는 경우, 전력 판매사는 전력거래 참여자에 대한 가입자 정보를 기반으로 관리할 수 있고, 모든 통신은 상호 인증 정보에 기반한 암호화된 통신을 수행하고, 비인가된 전력원의 가로채기, 제어 등을 차단하기 위한 접근통제가 가능하고, 통신마다 데이터의 무결성과 원천정보를 확인하기 위한 암호화된 MAC(Message Authentication Code) 및 서명값이 들어가기 때문에 이를 통해 원천 소스의 출처가 명확해짐으로써 전력거래기반이 투명해지며, 스마트 미터의 전력 거래자는 인터넷 뱅킹과 같은 인증서기반의 전자서명기법을 이용하여 수동 또는 자동화된 프로그램을 통하여 전력거래에 참여하여 거래할 수 있다(즉 공개키 기반의 전자서명을 통한 거래 신뢰성 확보).Therefore, when performing a power transaction through the security authentication module designed in accordance with the present invention, the power seller can manage based on subscriber information for the participants in the power transaction, all the communication performs encrypted communication based on mutual authentication information Access control to block interception and control of unauthorized power sources, and encrypted MAC (Message Authentication Code) and signature values to verify data integrity and source information for each communication. The source of the source becomes clear, so the power trading base becomes transparent, and smart meter power traders can participate in and trade power trading through manual or automated programs using certificate-based digital signature techniques such as Internet banking. (Ie, transaction reliability through public key-based digital signatures).

한편, 기대 효과적인 측면에서, 스마트 미터, 댁내/외부 전력소비기기, 전력생산기기 등에 사용되는 보안인증모듈을 통해 얻을 수 있는 효과는 보안성이 우수한 스마트 카드를 이용함으로써 개인정보 남용에 대한 프라이버시, 미터기와 관련된 여러 가지 보안적 침해요소가 해결되며, 사용하는 요금 및 서비스에 대하여 가입자에 대한 인증 및 기밀성을 제공함으로써 고객들의 신뢰를 얻을 수 있다.On the other hand, in terms of effective effectiveness, the effects that can be obtained through security authentication modules used in smart meters, home / external power consumption devices, and power generation devices can be achieved by using smart cards with high security. Several security breaches associated with the service can be resolved, and customers can be trusted by providing authentication and confidentiality to subscribers for the fees and services they use.

또한, Wibro-USIM의 예와 같이 단말기 및 중간에 통신하는 기지국은 USIM과 요금과금서버(AuC)와의 인증 및 과금을 위한 데이터를 중계(Bypass)하는 것에 지나지 않으므로 이를 통해 단말기 및 기타 장치에 대해서는 보안에 대한 큰 이슈가 없이 진행될 수 있으며, 오직 가입자 관리와 요금을 부과하는 망 사업자들은 USIM만 관리하게 되므로 관리 및 운영에 대한 이점이 존재한다.In addition, as in the Wibro-USIM example, the terminal and the base station communicating in the middle are nothing but a relay of data for authentication and billing between the USIM and the billing server (AuC), thereby securing the terminal and other devices. This can be done without major issues, and there are advantages to management and operation since only network management that charges subscribers and charges manages USIM.

또한, 집에서 전기차를 충전하는 인프라를 예로 설명할 때, 가장 큰 문제점은 완속 충전의 경우 시간이 상당시간 걸린다는 것과 충전 플러그 등 인프라가 외부에 쉽게 노출되어 있다는 것이다. 전기차 플러그를 통해 충전 및 통신이 되는 전기차의 경우 과금을 수행할 때 전력사용에 대한 제어와 요금관리를 스마트 미터가 수행하므로 전기차 충전시 가입자 본인의 전기차에 대한 인증이 정상적으로 이루어줘야 한다. 이는 타인의 비인가된 전기차의 충전으로 인한 금전 손실을 막기 위함이다. 이를 해결하기 위해서는 전기차의 제어장치 내에 보안인증모듈을 수용하여 전기차 플러그의 전력선 통신을 통해 정상적으로 본인 소유의 전기차에 대한 인증이 수행되고, 스마트 미터에 의한 전력사용량이 계량되어 정상적으로 요금이 청구되도록 하는 것이다.In addition, when describing the infrastructure for charging the electric car at home as an example, the biggest problem is that slow charging takes a considerable time and infrastructure is easily exposed to the outside such as a charging plug. In the case of an electric vehicle that is charged and communicated through an electric vehicle plug, the smart meter performs control and charge control on the use of electric power when charging. Therefore, the electric vehicle must be properly authenticated when charging the electric vehicle. This is to prevent money loss due to charging of unauthorized electric vehicles by others. In order to solve this problem, the security authentication module is accommodated in the control device of the electric vehicle, and the authentication of the electric vehicle owned by the user is normally performed through the power line communication of the electric vehicle plug. .

이런 시스템은 향후 본인의 가정 외 직장, 주차장 등 공공장소에서도 충전 수행시 가입자 인증장치의 스마트 카드 기반으로 신용카드사와 연계하여 서비스할 수 있다. 즉 신용카드사로부터 발급된 보안인증모듈의 카드(즉 SIM 카드)를 사용하게 된다면, 이와 같은 본인에 대한 인증 외 신용관리가 이루어질 수 있으므로 공공장소 또는 B2B시장에서는 본인에 대한 정보가 신용카드 결재를 위한 VAN 시스템으로 연계되어 신용카드로 정산이 가능하게 된다.Such a system can serve in connection with a credit card company based on the smart card of the subscriber authentication device when charging is performed in public places such as a place outside the home and a parking lot in the future. In other words, if you use the card (ie SIM card) of the security authentication module issued by the credit card company, such authentication can be done other than the authentication of the person, so in public or B2B market, information about the person for the credit card payment It is linked with VAN system and can be settled by credit card.

또한, IPTV, 스마트 TV 등의 유선/케이블 방송 등에서 콘텐츠를 제어하는 CAS(Conditional Access System) 시스템에 스마트 카드 기반의 보안인증모듈을 연계하는 경우에도 실시간으로 관리되는 전력사용량 및 요금정보를 TV를 통해서 볼 수 있다. 또한, TCP/IP 통신이 가능한 고기능의 보안인증모듈을 사용하게 된다면 고유의 IP V6주소를 통해 스마트폰 및 PC의 웹 브라우저를 통해 접속하여 실시간으로 사용되는 전력사용과 요금정보를 모니터링할 수도 있다.In addition, even when a smart card-based security authentication module is linked to a CAS (Conditional Access System) system that controls content in wired / cable broadcasting such as IPTV or smart TV, power consumption and charge information managed in real time is provided through the TV. can see. In addition, if a high-performance security authentication module capable of TCP / IP communication is used, a unique IP V6 address can be accessed through web browsers of smartphones and PCs to monitor power usage and billing information in real time.

이처럼 다양하게 설계할 수 있는 스마트 카드가 갖고 있는 기능의 유연성으로 인하여 에너지 관리 시스템의 기능을 수행하기 위한 기타 다른 기기와의 정상적인 인증 및 암호화된 통신을 제공할 수 있다. 또한, 이는 스마트 홈, 유비쿼터스 등 다양한 부가서비스 개발에 필요한 사물지능통신(M2M) 기반의 통신 및 서비스에 적용될 수 있다.This versatile design allows the flexibility of the capabilities of smart cards to provide normal authentication and encrypted communication with other devices to perform the functions of the energy management system. In addition, this can be applied to M2M-based communication and services required for the development of various additional services such as smart home and ubiquitous.

이상에서와 같이, 본 발명에 따른 가입자 인증기반의 전력거래 모델은, 종래의 정부나 기업 등의 대규모 공급자가 수행하는 탑-다운(Top-Down) 방식의 스마트 그리드 측면과는 달리, 수용가의 소비자 측면의 바텀-업(Bottom-Up) 방식을 통하여 스마트 그리드를 효과적으로 안착시킬 수 있으며, 향후 스마트 그리드와 관련된 신규 에너지 서비스를 제공할 때, 전력거래 및 기기 간의 양방향 통신에 대한 신뢰성을 확보할 수 있다.As described above, the subscriber authentication-based power trading model according to the present invention, unlike the top-down smart grid aspects performed by large-scale providers such as the government or enterprises, consumers of consumers Through the bottom-up method of the side, the smart grid can be effectively settled, and when providing new energy service related to the smart grid in the future, it can secure the reliability of the power transaction and the bidirectional communication between devices. .

또한, 스마트 카드 기반의 보안인증모듈의 보급은 결국 신뢰성 있는 인프라로 볼 수 있으며, 이를 통해 사용자들이 느끼는 에너지 절감효과와 서비스의 편의는 스마트 그리드 성공의 필수목표인 수요자들의 자발적인 에너지 절감 활동과 연계시킬 수 있다.In addition, the dissemination of smart card-based security authentication module can be seen as a reliable infrastructure, so that the energy saving effect and service convenience felt by users can be linked with voluntary energy saving activities of consumers, which is an essential goal of smart grid success. Can be.

또한, 전 세계적으로 스마트 그리드 상호 호환성과 관련된 표준규격이 제정되는 현 시점에서 보안인증모듈(가입자 인증장치)을 통한 신뢰성 있는 연결의 확대는 인프라 기반 차원에서 스마트 그리드 구현을 위하여 꼭 필요하며, 이를 통하여 수요자 측면에서 전력 서비스에 대한 신뢰성과 자발적 참여를 유도할 수 있으며, 자동화된 인증기법을 통하여 보다 효과적으로 신재생 에너지원 및 계통에 대한 비인가된 사용을 원천적으로 차단할 수 있기 때문에 보다 효과적으로 신재생 에너지원을 관리할 수 있다.In addition, the expansion of reliable connection through the security authentication module (subscriber authentication device) is essential for the implementation of the smart grid on an infrastructure basis at the present time when standards related to smart grid interoperability are enacted worldwide. On the consumer side, it is possible to induce reliability and voluntary participation in electric power service, and through the use of automated certification techniques, it is possible to effectively block unauthorized use of renewable energy sources and grids more effectively. Can manage

여기에서, 상술한 본 발명에서는 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경할 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Herein, while the present invention has been described with reference to the preferred embodiments, those skilled in the art will variously modify the present invention without departing from the spirit and scope of the invention as set forth in the claims below. And can be changed.

100 : 댁내/외부 전력소비기기 110, 210 : 제 2 보안인증모듈
200 : 전력생산기기 300 : 스마트 미터
302 : 검침부 304 : 제어부
306 : 인터페이스부 308 : 통신부
310 : 제 1 보안인증모듈 400 : 서버 컴퓨터
410 : 데이터 통신부 420 : 제어부
430 : 전력거래 정산부 440 : 데이터베이스
100: home / external power consumption device 110, 210: second security authentication module
200: power production equipment 300: smart meter
302: meter reading unit 304: control unit
306: interface unit 308: communication unit
310: first security authentication module 400: server computer
410: data communication unit 420: control unit
430: power trading settlement 440: database

Claims (6)

각종 가전기기, 전기 자동차를 포함한 댁내/외부 전력소비기기에서 소비되는 전력 사용량을 실시간으로 검침함과 동시에, 신재생 에너지원을 포함한 전력생산기기에서 생산되는 전력 생산량을 실시간으로 검침하고, 단위 전력 요금 정보 및 실시간으로 검침한 전력 사용량과 전력 생산량을 전기적으로 접속된 제 1 보안인증모듈에 저장하도록 제어하며, 전력선 통신을 포함한 통신망을 통해 전력거래를 수행하는 서버 컴퓨터와 통신 접속을 진행하여 전력 요금 정보, 실시간 전력 사용량 및 전력 생산량 정보, 전력거래 정산처리정보에 대한 데이터 통신을 수행하는 스마트 미터,
상기 스마트 미터에 접속된 상기 제 1 보안인증모듈의 고유 키로부터 유도된 키를 분배하여 사용하는 제 2 보안인증모듈이 전기적으로 접속되어 있으며, 댁내/외부에서 실시간으로 사용되는 전력 사용량 정보를 상기 스마트 미터로 전송하는 댁내/외부 전력소비기기,
상기 스마트 미터에 접속된 상기 제 1 보안인증모듈의 고유 키로부터 유도된 키를 분배하여 사용하는 제 2 보안인증모듈이 전기적으로 접속되어 있으며, 실시간으로 생산되는 전력 생산량 정보를 상기 스마트 미터로 전송하는 전력생산기기, 그리고
상기 스마트 미터의 가입자 인증을 수행하며, 가입자 인증이 수행된 각 스마트 미터로부터 전송되는 실시간 전력 사용량 및 전력 생산량 정보를 토대로 각 가입자별 전력거래의 정산 처리를 수행하는 서버 컴퓨터를
포함하는 스마트 그리드 상의 가입자 인증기반의 전력거래장치.
In addition to the real-time metering of the consumption of power consumed by home appliances and external power consumption devices, including various home appliances and electric vehicles, and in real-time to read the amount of electricity produced by power generation equipment, including renewable energy sources, Information and real-time metered power consumption and power production are controlled to be stored in the first security authentication module that is electrically connected, and through the communication connection with the server computer that performs the power transaction through a communication network including power line communication, the power bill information A smart meter that performs data communication on real-time power usage and power production information, power transaction settlement processing information,
A second security authentication module for distributing a key derived from a unique key of the first security authentication module connected to the smart meter is electrically connected, and the power usage information used in real time inside / outside the smart meter is stored in the smart meter. Internal / external power consumption devices,
A second security authentication module for distributing a key derived from a unique key of the first security authentication module connected to the smart meter is electrically connected, and transmits power production information generated in real time to the smart meter. Power production equipment, and
A server computer that performs subscriber authentication of the smart meter and performs settlement processing of power transactions for each subscriber based on real-time power usage and power production information transmitted from each smart meter for which subscriber authentication has been performed.
Subscriber authentication-based power trading device on a smart grid comprising.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 보안인증모듈은,
상기 스마트 미터에 전기적으로 접속되어 전력을 사용하거나 생산하는 사용자의 인증을 위한 키 정보, 단위 전력 요금 정보, 데이터 통신시 사용되는 암호화 정보를 저장하고 있고, 기 저장된 특정 사용자의 인증 키 정보를 토대로 상기 스마트 미터를 통해 전력거래를 수행하는 상기 서버 컴퓨터와 접속하여 가입자 인증을 수행하고, 전기적으로 접속된 상기 스마트 미터에 상기 댁내/외부 전력소비기기 및 상기 전력생산기기로부터 전송되는 전력 사용량 정보 및 전력 생산량 정보를 갱신, 저장하며, 전력 사용량 및 전력 생산량 정보를 상기 스마트 미터를 통해 상기 서버 컴퓨터로 전송하는 스마트 그리드 상의 가입자 인증기반의 전력거래장치.
The method of claim 1,
The first security authentication module,
It is connected to the smart meter and stores key information, unit power charge information, encryption information used for data communication of the user using or producing power, and based on the authentication key information of a specific user previously stored Subscriber authentication is performed by accessing the server computer performing a power transaction through a smart meter, and power usage information and power production amount transmitted from the home / external power consumption device and the power generator to the electrically connected smart meter. Subscriber authentication-based power trading device on a smart grid for updating and storing information, and transmits power usage and power production information to the server computer through the smart meter.
제 1 항에 있어서,
상기 댁내/외부 전력소비기기 및 상기 전력생산기기에 각각 전기적으로 접속되는 상기 제 2 보안인증모듈은,
전력을 사용하거나 생산하는 사용자의 인증을 위한 키 정보를 저장하지 않고 상기 제 1 보안인증모듈의 고유 키로부터 유도된 키를 분배받아 사용하며, 상기 제 1 보안인증모듈과 상호 인증을 수행한 이후 데이터 통신을 수행하는 스마트 그리드 상의 가입자 인증기반의 전력거래장치.
The method of claim 1,
The second security authentication module electrically connected to the indoor / external power consumption device and the power production device, respectively,
After receiving the key derived from the unique key of the first security authentication module without storing key information for authentication of a user who uses power or produces the data, after performing mutual authentication with the first security authentication module Subscriber authentication-based power trading device on a smart grid that performs communication.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 보안인증모듈과 상기 제 2 보안인증모듈은,
SIM(Subscriber Identification Module) 카드를 포함한 스마트 카드인 스마트 그리드 상의 가입자 인증기반의 전력거래장치.
The method of claim 1,
The first security authentication module and the second security authentication module,
Subscriber authentication-based power trading device on a smart grid, which is a smart card including a subscriber identification module (SIM) card.
제 1 항에 있어서,
상기 스마트 미터는,
상기 댁내/외부 전력소비기기에 접속된 제 2 보안인증모듈로부터 전송되는 정보를 토대로 전력 사용량을 검침하며, 상기 전력생산기기에 접속된 제 2 보안인증모듈로부터 전송되는 정보를 토대로 전력 생산량을 검침하는 검침부,
상기 서버 컴퓨터와의 통신 접속을 제어하여 전기적으로 접속된 상기 제 1 보안인증모듈의 가입자 인증을 처리하고, 상기 검침부에서 수행하는 전력 사용량 및 전력 생산량의 실시간 검침을 총괄적으로 제어하고, 상기 검침부에서 검침된 전력 사용량 및 전력 생산량을 전기적으로 접속된 상기 제 1 보안인증모듈에 저장하도록 제어하며, 단위 전력 요금 정보의 상기 제 1 보안인증모듈의 저장 및 실시간 전력 사용량 정보와 전력 생산량 정보에 대한 상기 서버 컴퓨터와의 데이터 통신을 제어하는 제어부,
상기 제 1 보안인증모듈이 전기적으로 접속되는 인터페이스부, 그리고
상기 제어부의 제어에 따라 상기 서버 컴퓨터와 통신 접속을 진행하여 가입자 인증, 단위 전력 요금 정보, 전력 사용량 정보와 전력 생산량 정보, 전력거래 정산처리정보에 관련된 데이터 송수신을 수행하는 통신부를
포함하는 스마트 그리드 상의 가입자 인증기반의 전력거래장치.
The method of claim 1,
The smart meter,
The power consumption is read based on information transmitted from the second security authentication module connected to the home / external power consumption device, and the power production amount is read based on the information transmitted from the second security authentication module connected to the power production device. Reading,
Controls the communication connection with the server computer to process the subscriber authentication of the first security authentication module electrically connected, to collectively control the real-time metering of the power consumption and power production performed by the metering unit, and the metering unit Control to store the measured power consumption and power production in the first security authentication module that is electrically connected to each other, and the storage of the first security authentication module of unit power fee information and the real time power usage information and power production information. A control unit for controlling data communication with the server computer,
An interface unit to which the first security authentication module is electrically connected; and
A communication unit for performing communication connection with the server computer under the control of the controller to perform data transmission and reception related to subscriber authentication, unit power charge information, power usage information and power production information, and power transaction settlement processing information.
Subscriber authentication-based power trading device on a smart grid comprising.
제 1 항에 있어서,
상기 서버 컴퓨터는,
상기 스마트 미터와 가입자 인증을 위한 키 정보, 전력 사용량 정보 및 전력 생산량 정보에 대한 데이터를 송수신하는 데이터 통신부,
상기 데이터 통신부를 통해 상기 스마트 미터로부터 전송되는 인증 위한 키 정보를 토대로 가입자 인증을 수행하고, 가입자 인증 이후 해당 스마트 미터로부터 전송되는 실시간 전력 사용량 및 전력 생산량 정보를 토대로 전력사용금액과 전력생산금액의 누적, 저장을 제어하며, 사전에 정해진 기간이 도래될 때마다 각 가입자별 전력사용금액과 전력생산금액을 토대로 전력거래에 따른 정산처리를 제어하는 제어부,
상기 제어부의 제어에 따라 스마트 미터로부터 전송되는 실시간 전력 사용량 및 전력 생산량 정보를 토대로 각 가입자별 전력사용요금과 전력생산요금을 연산하며, 각 가입자별로 누적, 저장된 전력사용금액과 전력생산금액을 토대로 전력거래에 따른 정산처리를 수행하는 전력거래 정산부, 그리고
각 스마트 미터별 가입자 인증을 위한 키 정보를 저장하고 있고, 상기 전력거래 정산부에서 연산된 각 가입자별 전력생산금액과 전력사용금액을 누적, 저장하며, 상기 전력거래 정산부에서 처리된 전력거래 정산처리 정보를 저장하는 데이터베이스를
포함하는 스마트 그리드 상의 가입자 인증기반의 전력거래장치.
The method of claim 1,
The server computer,
A data communication unit for transmitting and receiving data on key information, power usage information, and power production information for subscriber authentication with the smart meter;
The subscriber authentication is performed based on the key information for authentication transmitted from the smart meter through the data communication unit, and after the subscriber authentication, accumulation of power usage amount and power generation amount based on real-time power usage and power production amount information transmitted from the smart meter. The controller controls the storage, and controls the settlement process according to the power transaction based on the power usage amount and power generation amount for each subscriber whenever a predetermined period of time arrives,
Under the control of the controller, the power usage fee and power generation fee for each subscriber are calculated based on the real-time power consumption and power production information transmitted from the smart meter, and the power is calculated based on the accumulated and stored power usage amount and power generation amount for each subscriber. A power transaction settlement unit that performs settlement processing according to a transaction; and
Stores key information for subscriber authentication for each smart meter, accumulates and stores power generation amount and power use amount for each subscriber calculated by the power transaction settlement unit, and setstles the power transaction processed by the power transaction settlement unit To store processing information
Subscriber authentication-based power trading device on a smart grid comprising.
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