一種基于智能電網(wǎng)中能量信息網(wǎng)關(guān)的信息安全算法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于智能電網(wǎng)中能量信息網(wǎng)關(guān)的信息安全算法，按照連接的流程將本發(fā)明所介紹的安全機制劃分為身份認(rèn)證過程、加密消息報文格式和消息通信過程三部分。本發(fā)明采用基于RSA加密算法、高級加密技術(shù)（AES）和數(shù)字簽名等技術(shù)，以實現(xiàn)指令信息傳輸機密性、完整性和不可抵賴性的安全機制。利用三項技術(shù)各自的優(yōu)點，結(jié)合智能用電網(wǎng)絡(luò)在公用網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行敏感信息傳輸?shù)那闆r，充分考慮了身份偽造、數(shù)據(jù)竊取和重復(fù)發(fā)送攻擊等情形，提出了一種雙向身份認(rèn)證和安全的指令傳輸機制，；有效地防范上述數(shù)據(jù)攻擊，保證指令可追溯。本發(fā)明為我國在需求響應(yīng)和家庭自動化技術(shù)中的數(shù)據(jù)安全傳輸提供了一種可行、可靠的解決辦法。
【專利說明】一種基于智能電網(wǎng)中能量信息網(wǎng)關(guān)的信息安全算法【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于智能電網(wǎng)中能量信息網(wǎng)關(guān)的信息安全算法，屬于智能電網(wǎng)【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，我國不斷創(chuàng)下新的用電高峰，峰谷差日益變大，給電力系統(tǒng)運行帶來了一定的困難。電力需求響應(yīng)為解決這些問題提出了新的思路。智能用電網(wǎng)絡(luò)是實現(xiàn)需求響應(yīng)的一種形式，它將用戶側(cè)的各種電器通過能量信息網(wǎng)關(guān)互連而形成的網(wǎng)絡(luò)。基于該網(wǎng)絡(luò)，一方面可實現(xiàn)對電器設(shè)備的監(jiān)測與控制，并在此基礎(chǔ)上感知電器的狀態(tài)，實現(xiàn)用電網(wǎng)絡(luò)的安全、健康、舒適、節(jié)能運行；另一方面，可實現(xiàn)協(xié)同的自動需求響應(yīng)，進(jìn)而參與電網(wǎng)的優(yōu)化運行。智能用電網(wǎng)絡(luò)中的能量信息網(wǎng)關(guān)，既是智能電網(wǎng)與用電網(wǎng)絡(luò)所轄電器的能量消費接口，也是外部互聯(lián)網(wǎng)與所轄電器間信息接口。
[0003]能量信息網(wǎng)關(guān)在智能用電網(wǎng)絡(luò)中占據(jù)重要的地位，其信息安全關(guān)系到用戶用電的安全性和私密性，也關(guān)系到需求響應(yīng)策略的能否保密、完整地接收和執(zhí)行。針對控制和響應(yīng)指令在公用互聯(lián)網(wǎng)中傳輸，在互聯(lián)網(wǎng)中可能存在消息竊聽、數(shù)據(jù)篡改、身份仿冒等潛在的安全威脅。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種基于智能電網(wǎng)中能量信息網(wǎng)關(guān)的信息安全算法，以便能夠更好針對智能電網(wǎng)中的信息進(jìn)行安全保護(hù)。
[0005]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下。
[0006]一種基于智能電網(wǎng)中能量信息網(wǎng)關(guān)的信息安全算法，能量信息網(wǎng)關(guān)被用作用戶端網(wǎng)絡(luò)的接入點，需要經(jīng)常與需求響應(yīng)中心和客戶端之間通信，從而實現(xiàn)家電的遠(yuǎn)程控制、負(fù)荷的需求響應(yīng)。由于所有的消息都是通過互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行傳輸，因此網(wǎng)關(guān)的通信安全問題是實際應(yīng)用時必須考慮的重要因素。本發(fā)明實施例針對公用網(wǎng)絡(luò)的特點，按照連接的流程將本發(fā)明所介紹的安全機制劃分為身份認(rèn)證過程、加密消息報文格式和消息通信過程三部分，具體如下:
(A)身份認(rèn)證過程:
為了實現(xiàn)客戶端與網(wǎng)關(guān)之間的雙向認(rèn)證，防止其中任何一方的身份偽造，本發(fā)明提出利用客戶端和網(wǎng)關(guān)雙方信任的權(quán)威機構(gòu)頒發(fā)的根證書，進(jìn)行對方身份的驗證。原理是:
Al)權(quán)威機構(gòu)基于RSA算法，生成公鑰和私鑰，公鑰向公眾公開，并嵌入在客戶端和網(wǎng)關(guān)軟件中。
[0007]A2)客戶端和網(wǎng)關(guān)在連接之前，需要向權(quán)威機構(gòu)請求對其身份標(biāo)識、公鑰進(jìn)行簽名，簽名后保存在自己的數(shù)據(jù)庫中。經(jīng)過簽名后的身份標(biāo)識或公鑰被篡改后簽名將失效。
[0008]A3)通信雙方交換公鑰，在每一步中，接受公鑰一方將首先利用根證書為對方公鑰的簽名進(jìn)行驗證，簽名有效時保存對方公鑰。[0009]A4)網(wǎng)關(guān)確認(rèn)對方身份，賦予相應(yīng)的權(quán)限之后，將對方公鑰及其權(quán)限儲存，供未來的加密通信和指令執(zhí)行使用。
[0010]由于雙方的通信過程中，通過非加密通道傳輸?shù)墓€已經(jīng)被根證書簽名，因而其完整性得到了數(shù)字簽名技術(shù)的支持。在權(quán)威機構(gòu)發(fā)放簽名的時候，對用戶標(biāo)識的有效性進(jìn)行判斷，即可保證用戶標(biāo)識和公鑰的對應(yīng)關(guān)系，保障任意一方能夠獲取到對方完整的、無篡改的公鑰。由于公鑰經(jīng)過簽名，因此即使該公鑰被第三方截獲，也無法將公鑰替換為自己的公鑰，因而有效地避免身份認(rèn)證過程中的身份冒充現(xiàn)象。
[0011](B)加密消息報文格式:
發(fā)送到網(wǎng)關(guān)的信息包括負(fù)荷控制、權(quán)限管理、響應(yīng)指令等，利用數(shù)字簽名技術(shù)；實現(xiàn)指令的真實性、完整性和不可抵賴性，從而避免指令遭到泄露、篡改、多次發(fā)送。根據(jù)這些需求，兼顧報文的安全性和效率，本發(fā)明實施例提出消息報文應(yīng)包括報文頭和報文體兩部分。報文頭長度較短，被接收方公鑰加密；報文體長度可變，;存儲大量的信息，也；為空。報文體通過AES算法加密以得到更高的解密效率，AES密鑰隨機生成，定期更換，存儲在報文頭中。
[0012]報文頭分為用戶信息、指令信息和報文體信息三部分，用戶信息包括用戶標(biāo)識及其簽名，指令信息包括指令類型和指令參數(shù)，報文體信息是報文體加密方法及密鑰。其中用戶簽名與報文內(nèi)容、當(dāng)前時間、對方發(fā)送的隨機數(shù)有關(guān)，因此接收方；根據(jù)該簽名辨別指令的真?zhèn)巍Ｓ捎诿恳淮螆笪念^中的簽名都不相同，指令執(zhí)行后相同簽名的指令無法再次執(zhí)行，因此該機制能夠防止由于網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)定或者第三方截獲消息后重復(fù)發(fā)送指令而造成的指令重復(fù)執(zhí)行的問題。另外，由于只有真正的客戶端擁有私鑰，并利用該私鑰對指令簽名，因此該機制能夠保證指令的不可抵賴性。
[0013](C)消息通信過程:
在網(wǎng)關(guān)通信的過程中，多數(shù)需要保障消息機密性、完整性和不可抵賴性的情況是由客戶端、需求響應(yīng)中心發(fā)送到網(wǎng)關(guān)的指令，這里以客戶端向網(wǎng)關(guān)發(fā)送指令為例，介紹消息加密通信過程，步驟如下:
Cl)客戶端將身份標(biāo)識作為請求的一部分，發(fā)送給網(wǎng)關(guān)，該請求通過目標(biāo)網(wǎng)關(guān)公鑰加
LU O
[0014]C2)網(wǎng)關(guān)收到請求信息后判斷該用戶是否具有權(quán)限，如有則相應(yīng)客戶端請求，響應(yīng)內(nèi)容中包括網(wǎng)關(guān)針對該請求生成的隨機數(shù)，響應(yīng)經(jīng)請求方(即客戶端)公鑰加密。
[0015]C3)客戶端收到網(wǎng)關(guān)響應(yīng)，如果響應(yīng)；正確解密，并且內(nèi)容合理，則；確定對方是真實的網(wǎng)關(guān)?？蛻舳耸盏巾憫?yīng)之后，獲取當(dāng)前時間、計算指令的哈希值摘要，將隨機數(shù)、時間和摘要三者打包簽名后，構(gòu)造加密報文，發(fā)送給網(wǎng)關(guān)。
[0016]C4)網(wǎng)關(guān)首先對加密信息進(jìn)行解密，之后對報文簽名字段進(jìn)行校驗。利用用戶端的公鑰解密簽名字段，將解密后的隨機數(shù)與前一次響應(yīng)的隨機數(shù)進(jìn)行比較，并判斷消息是否超時、消息哈希值是否一致，從而確定客戶端身份的真實性、報文的完整性以及報文簽名的不可抵賴性。
[0017]C5)網(wǎng)關(guān)核實用戶端的權(quán)限，如果該指令在權(quán)限范圍內(nèi)，則執(zhí)行。
[0018]C6)將包含客戶端簽名的消息記錄在日志中。
[0019]在步驟C2中，只有網(wǎng)關(guān)能夠解密該請求，并辨別出和其通信的客戶端對象，所以如果客戶端得到了來自網(wǎng)關(guān)的正確響應(yīng)，則表示網(wǎng)關(guān)的身份是真實的。在步驟C3中，隨機數(shù)在每個響應(yīng)中都是唯一且不同的，并且簽名域中的時間在每個指令中都是不相同的，所以只有客戶端；發(fā)送簽名后的消息。在網(wǎng)關(guān)收到一個有效的加密信息之后，使用后的響應(yīng)隨機數(shù)將會被從本地緩存中移除，并且會在指令執(zhí)行前判斷指令發(fā)送時間是否超時，因而重復(fù)的、超時的指令不會被執(zhí)行。在消息和指令發(fā)送機制上，消息的機密性、完整性和不可抵賴性都得到了保障。
[0020]本發(fā)明采用一種基于RSA加密算法、高級加密技術(shù)(AES)和數(shù)字簽名等技術(shù)，以實現(xiàn)指令信息傳輸機密性、完整性和不可抵賴性的安全機制。本發(fā)明利用了以下三個技術(shù):
A、RSA加密算法:
RSA是一種基于公用密鑰的加密算法，它生成一個公共密鑰和一個私有密鑰，以下將分別簡稱為“公鑰”和“私鑰”。消息通過公鑰加密之后，能且僅能通過私鑰進(jìn)行解密；反之，通過私鑰加密后的消息也僅能夠通過公鑰解密，因此這是一種非對稱的加密方法。由于是非對稱加密，且僅擁有一對密鑰中的一個密鑰是難以計算出另一個密鑰的，因此公鑰；被任何使用者獲得用于加密，而被公鑰加密的信息只能通過私鑰進(jìn)行解密，私鑰持有者不需要擔(dān)心公開公鑰而導(dǎo)致私鑰泄露。這種算法的安全性主要依賴于大數(shù)分解的困難性，它被廣泛應(yīng)用在諸多領(lǐng)域，如電子商務(wù)等。
[0021]B、高級加密標(biāo)準(zhǔn)(AES):
AES又稱Rijndael加密算法，是針對電子數(shù)據(jù)加密的標(biāo)準(zhǔn)。這個標(biāo)準(zhǔn)用來替代原先的DES,已經(jīng)被多方分析且廣為全世界所使用。和RSA加密算法不同的是，AES采用的是對稱密鑰體制，即信息的加密和解密使用的是同一個密鑰。高級加密標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)成為對稱密鑰加密中最流行的算法之一。在有大量數(shù)據(jù)需要傳輸?shù)那闆r下，一種更加高效的方法是采用RSA與AES相結(jié)合的加密方式，即利用AES加密消息主體，再利用RSA加密AES隨機密鑰。
[0022]C、數(shù)字簽名技術(shù):
數(shù)字簽名技術(shù)是一種用于驗證數(shù)字信息或文件真實性的數(shù)學(xué)方法，；保證了數(shù)據(jù)和文件的鑒權(quán)、完整性和不可抵賴性。文檔的數(shù)字簽名中用到了 RSA加密算法，被加密的消息首先通過哈希算法的計算，產(chǎn)生一個難以重復(fù)、難以被人為指定的哈希值摘要，并利用RSA算法對這個摘要信息進(jìn)行簽名。目前數(shù)字簽名技術(shù)已經(jīng)涉及信息安全的諸多領(lǐng)域，如電子商務(wù)、軟件發(fā)布、在線支付等。
[0023]該發(fā)明的有益效果在于:本發(fā)明技術(shù)基于RSA、AES和數(shù)字簽名技術(shù)，利用三項技術(shù)各自的優(yōu)點，結(jié)合智能用電網(wǎng)絡(luò)在公用網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行敏感信息傳輸?shù)那闆r，充分考慮了身份偽造、數(shù)據(jù)竊取和重復(fù)發(fā)送攻擊等情形，提出了一種雙向身份認(rèn)證和安全的指令傳輸機制，；有效地防范上述數(shù)據(jù)攻擊，保證指令可追溯。本發(fā)明為我國在需求響應(yīng)和家庭自動化技術(shù)中的數(shù)據(jù)安全傳輸提供了一種可行、可靠的解決辦法。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]圖1是本發(fā)明實施例中網(wǎng)關(guān)和用戶端的身份認(rèn)證步驟圖。
[0025]圖2是本發(fā)明實施例中加密消息報文格式圖。
[0026]圖3是本發(fā)明實施例中消息通信過程圖。
【具體實施方式】[0027]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明的【具體實施方式】進(jìn)行描述，以便更好的理解本發(fā)明。
實施例
[0028]能量信息網(wǎng)關(guān)被用作用戶端網(wǎng)絡(luò)的接入點，需要經(jīng)常與需求響應(yīng)中心和客戶端之間通信，從而實現(xiàn)家電的遠(yuǎn)程控制、負(fù)荷的需求響應(yīng)。由于所有的消息都是通過互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行傳輸，因此網(wǎng)關(guān)的通信安全問題是實際應(yīng)用時必須考慮的重要因素。本發(fā)明實施例針對公用網(wǎng)絡(luò)的特點，按照連接的流程將本發(fā)明所介紹的安全機制劃分為身份認(rèn)證過程、加密消息報文格式和消息通信過程三部分，圖1是本發(fā)明實施例中網(wǎng)關(guān)和用戶端的身份認(rèn)證步驟圖，下面分別介紹:
(A)身份認(rèn)證過程:
為了實現(xiàn)客戶端與網(wǎng)關(guān)之間的雙向認(rèn)證，防止其中任何一方的身份偽造，本發(fā)明提出利用客戶端和網(wǎng)關(guān)雙方信任的權(quán)威機構(gòu)頒發(fā)的根證書，進(jìn)行對方身份的驗證。原理是:
I)權(quán)威機構(gòu)基于RSA算法，生成公鑰和私鑰，公鑰向公眾公開，并嵌入在客戶端和網(wǎng)關(guān)軟件中。
[0029]2)客戶端和網(wǎng)關(guān)在連接之前，需要向權(quán)威機構(gòu)請求對其身份標(biāo)識、公鑰進(jìn)行簽名，簽名后保存在自己的數(shù)據(jù)庫中(即圖1中第I步)。經(jīng)過簽名后的身份標(biāo)識或公鑰被篡改后簽名將失效。
[0030]3)通信雙方交換公鑰，即圖1中第2、3步。每一步中，接受公鑰一方將首先利用根證書為對方公鑰的簽名進(jìn)行驗證，簽名有效時保存對方公鑰。
[0031]4)網(wǎng)關(guān)確認(rèn)對方身份，賦予相應(yīng)的權(quán)限之后，將對方公鑰及其權(quán)限儲存，供未來的加密通信和指令執(zhí)行使用。
[0032]由于雙方的通信過程中，通過非加密通道傳輸?shù)墓€已經(jīng)被根證書簽名，因而其完整性得到了數(shù)字簽名技術(shù)的支持。在權(quán)威機構(gòu)發(fā)放簽名的時候，對用戶標(biāo)識的有效性進(jìn)行判斷，即可保證用戶標(biāo)識和公鑰的對應(yīng)關(guān)系，保障任意一方能夠獲取到對方完整的、無篡改的公鑰。由于公鑰經(jīng)過簽名，因此即使該公鑰被第三方截獲，也無法將公鑰替換為自己的公鑰，因而有效地避免身份認(rèn)證過程中的身份冒充現(xiàn)象。
[0033]( 2 )加密消息報文格式:
發(fā)送到網(wǎng)關(guān)的信息包括負(fù)荷控制、權(quán)限管理、響應(yīng)指令等，利用數(shù)字簽名技術(shù)；實現(xiàn)指令的真實性、完整性和不可抵賴性，從而避免指令遭到泄露、篡改、多次發(fā)送。根據(jù)這些需求，兼顧報文的安全性和效率，本發(fā)明實施例提出消息報文應(yīng)包括報文頭和報文體兩部分。報文頭長度較短，被接收方公鑰加密；報文體長度可變，;存儲大量的信息，也；為空。報文體通過AES算法加密以得到更高的解密效率，AES密鑰隨機生成，定期更換，存儲在報文頭中。
[0034]圖2為加密信息報文格式。報文頭分為用戶信息、指令信息和報文體信息三部分，用戶信息包括用戶標(biāo)識及其簽名，指令信息包括指令類型和指令參數(shù)，報文體信息是報文體加密方法及密鑰。其中用戶簽名與報文內(nèi)容、當(dāng)前時間、對方發(fā)送的隨機數(shù)有關(guān)，因此接收方；根據(jù)該簽名辨別指令的真?zhèn)?。由于每一次報文頭中的簽名都不相同，指令執(zhí)行后相同簽名的指令無法再次執(zhí)行，因此該機制能夠防止由于網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)定或者第三方截獲消息后重復(fù)發(fā)送指令而造成的指令重復(fù)執(zhí)行的問題。另外，由于只有真正的客戶端擁有私鑰，并利用該私鑰對指令簽名，因此該機制能夠保證指令的不可抵賴性。
[0035](3)消息通信過程:
在網(wǎng)關(guān)通信的過程中，多數(shù)需要保障消息機密性、完整性和不可抵賴性的情況是由客戶端、需求響應(yīng)中心發(fā)送到網(wǎng)關(guān)的指令，圖3是本發(fā)明實施例中消息通信過程圖。這里以客戶端向網(wǎng)關(guān)發(fā)送指令為例，介紹消息加密通信過程，步驟如下:
I)客戶端將身份標(biāo)識作為請求的一部分，發(fā)送給網(wǎng)關(guān)，該請求通過目標(biāo)網(wǎng)關(guān)公鑰加密。
[0036]2)網(wǎng)關(guān)收到請求信息后判斷該用戶是否具有權(quán)限，如有則相應(yīng)客戶端請求，響應(yīng)內(nèi)容中包括網(wǎng)關(guān)針對該請求生成的隨機數(shù)，響應(yīng)經(jīng)請求方(即客戶端)公鑰加密。
[0037]3)客戶端收到網(wǎng)關(guān)響應(yīng)，如果響應(yīng)；正確解密，并且內(nèi)容合理，則；確定對方是真實的網(wǎng)關(guān)?？蛻舳耸盏巾憫?yīng)之后，獲取當(dāng)前時間、計算指令的哈希值摘要，將隨機數(shù)、時間和摘要三者打包簽名后，用圖2所示的格式構(gòu)造加密報文，發(fā)送給網(wǎng)關(guān)。
[0038]4)網(wǎng)關(guān)首先對加密信息進(jìn)行解密，之后對報文簽名字段進(jìn)行校驗。利用用戶端的公鑰解密簽名字段，將解密后的隨機數(shù)與前一次響應(yīng)的隨機數(shù)進(jìn)行比較，并判斷消息是否超時、消息哈希值是否一致，從而確定客戶端身份的真實性、報文的完整性以及報文簽名的不可抵賴性。
[0039]5)網(wǎng)關(guān)核實用戶端的權(quán)限，如果該指令在權(quán)限范圍內(nèi)，則執(zhí)行。
[0040]6)將包含客戶端簽名的消息記錄在日志中。
[0041]在步驟2中，只有網(wǎng)關(guān)能夠解密該請求，并辨別出和其通信的客戶端對象，所以如果客戶端得到了來自網(wǎng)關(guān)的正確響應(yīng)，則表示網(wǎng)關(guān)的身份是真實的。在步驟3中，隨機數(shù)在每個響應(yīng)中都是唯一且不同的，并且簽名域中的時間在每個指令中都是不相同的，所以只有客戶端；發(fā)送簽名后的消息。在網(wǎng)關(guān)收到一個有效的加密信息之后，使用后的響應(yīng)隨機數(shù)將會被從本地緩存中移除，并且會在指令執(zhí)行前判斷指令發(fā)送時間是否超時，因而重復(fù)的、超時的指令不會被執(zhí)行。在消息和指令發(fā)送機制上，消息的機密性、完整性和不可抵賴性都得到了保障。
[0042]具體實施例中，上述過程為:
A、身份認(rèn)證過程:
1)客戶端C請求訪問網(wǎng)關(guān)G;
2)網(wǎng)關(guān)提供經(jīng)根證書簽名的網(wǎng)關(guān)身份標(biāo)識及對應(yīng)的公鑰PG；
3)客戶端利用根證書ROOT驗證PG的有效性，如無效則終止請求；
4)客戶端利用PG加密客戶端私鑰PC，得到(PG|PC)，發(fā)送給網(wǎng)關(guān)；
5)網(wǎng)關(guān)收到(PGIPC)，利用網(wǎng)關(guān)私鑰KG解密得到PC，利用根證書ROOT驗證PC的有效性，如無效則終止；
6)客戶端和網(wǎng)關(guān)均持有對方公鑰，且身份都經(jīng)過ROOT的驗證，將來；利用雙方公鑰進(jìn)行通信。
[0043]B、消息通信過程:
1)客戶端將其身份標(biāo)識(CID)、指令類型(C0MMAND_TYPE)加密后，將(PG| CID、C0MMAND_TYPE)發(fā)送給網(wǎng)關(guān)；
2)網(wǎng)關(guān)用KG解密后，查找CID對應(yīng)的公鑰PC。如存在該用戶，則產(chǎn)生隨機數(shù)RAND，保存在本地緩存。將(PCIrand)作為響應(yīng)，發(fā)送至客戶端；3)客戶端用客戶端私鑰KC解密后，構(gòu)造消息MSG，計算消息中除簽名字段的所有內(nèi)容的哈希值HASH，獲取當(dāng)前時間--ΜΕ，將三者進(jìn)行簽名后，得到(KCI HASH、TIME, RAND)，作為MSG的簽名字段。發(fā)送(PGlMSG)至網(wǎng)關(guān)；
4)網(wǎng)關(guān)用KG解密(PGlMSG)得到MSG，提取消息簽名字段，使用PC解密后得到明文簽名字段--ΜΕ、HASH、RAND內(nèi)容，驗證超時、消息完整性和RAND是否與前次響應(yīng)對應(yīng)，三者均成立后,指令有效。
[0044]5)對有效指令的發(fā)送者進(jìn)行權(quán)限認(rèn)證，如權(quán)限滿足要求，執(zhí)行指令。 [0045]以上所述是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還；做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種基于智能電網(wǎng)中能量信息網(wǎng)關(guān)的信息安全算法，其特征在于:針對公用網(wǎng)絡(luò)的特點，按照連接的流程將安全機制劃分為身份認(rèn)證過程、加密消息報文格式和消息通信過程三部分，具體如下: (A)身份認(rèn)證過程:利用客戶端和網(wǎng)關(guān)雙方信任的權(quán)威機構(gòu)頒發(fā)的根證書，進(jìn)行對方身份的驗證，其原理是: Al)權(quán)威機構(gòu)基于RSA算法，生成公鑰和私鑰，公鑰向公眾公開，并嵌入在客戶端和網(wǎng)關(guān)軟件中； A2)客戶端和網(wǎng)關(guān)在連接之前，需要向權(quán)威機構(gòu)請求對其身份標(biāo)識、公鑰進(jìn)行簽名，簽名后保存在自己的數(shù)據(jù)庫中；經(jīng)過簽名后的身份標(biāo)識或公鑰被篡改后簽名將失效； A3)通信雙方交換公鑰，在每一步中，接受公鑰一方將首先利用根證書為對方公鑰的簽名進(jìn)行驗證，簽名有效時保存對方公鑰； A4)網(wǎng)關(guān)確認(rèn)對方身份，賦予相應(yīng)的權(quán)限之后，將對方公鑰及其權(quán)限儲存，供未來的加密通信和指令執(zhí)行使用； 由于雙方的通信過程中，通過非加密通道傳輸?shù)墓€已經(jīng)被根證書簽名，因而其完整性得到了數(shù)字簽名技術(shù)的支持；在權(quán)威機構(gòu)發(fā)放簽名的時候，對用戶標(biāo)識的有效性進(jìn)行判斷，即可保證用戶標(biāo)識和公鑰的對應(yīng)關(guān)系，保障任意一方能夠獲取到對方完整的、無篡改的公鑰；由于公鑰經(jīng)過簽名，因此即使該公鑰被第三方截獲，也無法將公鑰替換為自己的公鑰，因而有效地避免身份認(rèn)證過程中的身份冒充現(xiàn)象； (B)加密消息報文格式: 消息報文包括報文頭和報文體兩部分；報文頭長度較短，被接收方公鑰加密；報文體長度可變，存儲大量的信息，或為`空；報文體通過AES算法加密以得到更高的解密效率，AES密鑰隨機生成，定期更換，存儲在報文頭中； 報文頭分為用戶信息、指令信息和報文體信息三部分，用戶信息包括用戶標(biāo)識及其簽名，指令信息包括指令類型和指令參數(shù)，報文體信息是報文體加密方法及密鑰；其中用戶簽名與報文內(nèi)容、當(dāng)前時間、對方發(fā)送的隨機數(shù)有關(guān)，因此接收方；根據(jù)該簽名辨別指令的真?zhèn)?；由于每一次報文頭中的簽名都不相同，指令執(zhí)行后相同簽名的指令無法再次執(zhí)行，因此該機制能夠防止由于網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)定或者第三方截獲消息后重復(fù)發(fā)送指令而造成的指令重復(fù)執(zhí)行的問題；另外，由于只有真正的客戶端擁有私鑰，并利用該私鑰對指令簽名，因此該機制能夠保證指令的不可抵賴性； (C)消息通信過程: 步驟如下: Cl)客戶端將身份標(biāo)識作為請求的一部分，發(fā)送給網(wǎng)關(guān)，該請求通過目標(biāo)網(wǎng)關(guān)公鑰加密； C2)網(wǎng)關(guān)收到請求信息后判斷該用戶是否具有權(quán)限，如有則相應(yīng)客戶端請求，響應(yīng)內(nèi)容中包括網(wǎng)關(guān)針對該請求生成的隨機數(shù)，響應(yīng)經(jīng)請求方(即客戶端)公鑰加密； C3)客戶端收到網(wǎng)關(guān)響應(yīng)，如果響應(yīng)；正確解密，并且內(nèi)容合理，則；確定對方是真實的網(wǎng)關(guān)；客戶端收到響應(yīng)之后，獲取當(dāng)前時間、計算指令的哈希值摘要，將隨機數(shù)、時間和摘要三者打包簽名后，構(gòu)造加密報文，發(fā)送給網(wǎng)關(guān)； C4)網(wǎng)關(guān)首先對加密信息進(jìn)行解密，之后對報文簽名字段進(jìn)行校驗；利用用戶端的公鑰解密簽名字段，將解密后的隨機數(shù)與前一次響應(yīng)的隨機數(shù)進(jìn)行比較，并判斷消息是否超時、消息哈希值是否一致，從而確定客戶端身份的真實性、報文的完整性以及報文簽名的不可抵賴性； C5)網(wǎng)關(guān)核實用戶端的權(quán)限，如果該指令在權(quán)限范圍內(nèi)，則執(zhí)行； C6)將包含客戶端簽名的消息記錄在日志中； 在步驟C2中，只有網(wǎng)關(guān)能夠解密該請求，并辨別出和其通信的客戶端對象，所以如果客戶端得到了來自網(wǎng)關(guān)的正確響應(yīng)，則表示網(wǎng)關(guān)的身份是真實的；在步驟C3中，隨機數(shù)在每個響應(yīng)中都是唯一且不同的，并且簽名域中的時間在每個指令中都是不相同的，所以只有客戶端；發(fā)送簽名后的消息；在網(wǎng)關(guān)收到一個有效的加密信息之后，使用后的響應(yīng)隨機數(shù)將會被從本地緩存中移除，并且會在指令執(zhí)行前判斷指令發(fā)送時間是否超時，因而重復(fù)的、超時的指令不會被執(zhí)行；在消息和指令發(fā)送機制上，消息的機密性、完整性和不可抵賴性都得到了保障。
【文檔編號】H04L9/32GK103618610SQ201310649727
【公開日】2014年3月5日 申請日期:2013年12月6日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月6日
【發(fā)明者】何縣宇, 余捻宏, 徐為勇, 徐韋堅, 孫丹 申請人:上海千貫節(jié)能科技有限公司