一種基于數(shù)字加密的分布式監(jiān)控終端信息安全防護(hù)方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于數(shù)字加密的分布式監(jiān)控終端信息安全防護(hù)方法，包括以下步驟：步驟一：初始化帶加密芯片的分布式監(jiān)控終端；步驟二，分布式監(jiān)控終端上電，依次循環(huán)檢測以太網(wǎng)和GPRS無線網(wǎng)絡(luò)，若檢測有以太網(wǎng)連接，則實(shí)行原始報(bào)文通信，否則進(jìn)入加密通信。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了分布式監(jiān)控終端和主站之間的可靠通信，在通信之前先進(jìn)行私鑰協(xié)商，在協(xié)商成功的基礎(chǔ)上建立通信，有效防止非授權(quán)用戶竊取電網(wǎng)數(shù)據(jù)或者利用電網(wǎng)控制功能破壞電網(wǎng)的正常運(yùn)行，保證了安全性和實(shí)時(shí)性的平衡。
【專利說明】-種基于數(shù)字加密的分布式監(jiān)控終端信息安全防護(hù)方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種基于數(shù)字加密的分布式監(jiān)控終端信息安全防護(hù)方法，屬于微電網(wǎng) 領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002] 分布式能源監(jiān)控終端是對接入公用電網(wǎng)的用戶側(cè)分布式能源系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測與控 制的設(shè)備，可W實(shí)現(xiàn)對雙向電能計(jì)量設(shè)備的信息采集、電能質(zhì)量監(jiān)測，并可接受主站命令對 分布式能源系統(tǒng)接入公用電網(wǎng)進(jìn)行控制。
[0003] 由此可見，分布式能源監(jiān)控終端的信息傳輸直接影響到分布式能源系統(tǒng)的可靠 性，甚至對整個(gè)大電網(wǎng)的正常運(yùn)行都會產(chǎn)生一定的影響。因此分布式監(jiān)控終端信息的防護(hù) 很是重要，因此現(xiàn)在急需一種方法能夠有效防止非授權(quán)用戶竊取電網(wǎng)數(shù)據(jù)或者利用電網(wǎng)控 制功能破壞電網(wǎng)的正常運(yùn)行，并保證了安全性和實(shí)時(shí)性的平衡。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種基于數(shù)字加密的分布式監(jiān)控終端信息 安全防護(hù)方法，能夠有效防止非授權(quán)用戶竊取電網(wǎng)數(shù)據(jù)或者利用電網(wǎng)控制功能破壞電網(wǎng)的 正常運(yùn)行，保證了安全性和實(shí)時(shí)性的平衡。
[0005] 為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：
[0006] -種基于數(shù)字加密的分布式監(jiān)控終端信息安全防護(hù)方法，包括W下步驟：
[0007] 步驟一：初始化帶加密芯片的分布式監(jiān)控終端；
[0008] 步驟二，分布式監(jiān)控終端上電，依次循環(huán)檢測W太網(wǎng)和GPRS無線網(wǎng)絡(luò)，若檢測有 W太網(wǎng)連接，則實(shí)行明文通信，否則進(jìn)入加密通信。
[0009] 步驟一中，初始化帶加密芯片的分布式監(jiān)控終端，具體過程為，
[0010] Al)分布式監(jiān)控終端加密芯片生成位移的密鑰對，所述密鑰對包括第一秘鑰和第 二秘鑰；
[0011] A2)分布式監(jiān)控終端生成請求文件，所述請求文件包括該分布式監(jiān)控終端的主題 信息；
[0012] A3)主站根據(jù)請求文件簽發(fā)證書；
[0013] A4)導(dǎo)入將主站的證書和公鑰，所述證書與密鑰對一一對應(yīng)。
[0014] 所述主題信息包括分布式監(jiān)控終端的序列號、所在地、省名、國別、組織名、第一秘 鑰和第二秘鑰。
[0015] 所述加密通信過程為，
[0016] BI)分布式監(jiān)控終端與主站之間進(jìn)行秘鑰協(xié)商，如果成功則轉(zhuǎn)至步驟A2,如果不 成功，重新協(xié)商；
[0017] B2)在分布式監(jiān)控終端側(cè)利用公鑰對數(shù)據(jù)報(bào)文進(jìn)行加密，并將加密后的數(shù)據(jù)報(bào)文 發(fā)送至主站；
[0018] B3)主站接收到加密后的數(shù)據(jù)報(bào)文，通過秘鑰對其進(jìn)行解密。
[0019] 所述通信秘鑰協(xié)商的過程為，
[0020] Cl)分布式監(jiān)控終端測試隨機(jī)數(shù)Xi,作A = ECertN(Xi) I I ESkeyN(H(Xi))，然后將A 發(fā)送給主站；其中CertN為分布式監(jiān)控終端N的第一秘鑰，SkeyN為分布式監(jiān)控終端N的第 二秘鑰，ECertN(Xi)為用第一秘鑰對Xi做加密運(yùn)算，ESkeyN化(Xi))為用第二秘鑰對H(Xi) 做加密運(yùn)算，H(Xi)為對Xi做散列運(yùn)算，I I表示連接；
[0021] C2)主站收到A后進(jìn)行解密并驗(yàn)證分布式監(jiān)控終端的簽名，同時(shí)傳輸隨機(jī)數(shù)X2,對 其作B = ECertN (X2) M ESkeyN化(X2))，將B發(fā)回分布式監(jiān)控終端；其中，主站對A進(jìn)行解密 為步驟Cl中的反向過程，ECertN(Xs)為用第一秘鑰對X2做加密運(yùn)算，ESkeyN化(X2))為用 第二秘鑰對H(X2)做加密運(yùn)算，H(X2)為對X2做散列運(yùn)算；
[0022] C3)分布式監(jiān)控終端收到B后進(jìn)行解密并驗(yàn)證主站的簽名，合成私鑰， = 乂1 @乂2，然后作C二好〇1 ?而），將C發(fā)給主站，分布式監(jiān)控終端對B進(jìn) 行解密為步驟C2中的反向過程，? ：\：2 為對做散列運(yùn)算；
[002引 C4)主站收到C后，作D二//(A @.丫2)，比較C和D是否相同，如果相同，貝IJ 雙方協(xié)商成功，通信私鑰為。義：二?義2，如果不同，主站向分布式監(jiān)控終端發(fā)出失 敗告警信息，分布式監(jiān)控終端重新發(fā)出協(xié)商。
[0024] 所述加密的過程為，
[0025] Dl)在數(shù)據(jù)報(bào)文的尾部填充報(bào)文，使其長度為16的整數(shù)；如果數(shù)據(jù)報(bào)文的原始長 度為16的倍數(shù)，則填充16個(gè)字節(jié)報(bào)文；
[0026] D2)對填充好的數(shù)據(jù)報(bào)文添加頭部信息和初始向量；
[0027] D3)對上述處理好的數(shù)據(jù)報(bào)文使用公鑰進(jìn)行加密。
[0028] 所述解密過程為加密過程的逆過程。
[0029] 在加密通信過程中，無論出現(xiàn)任何故障，都將轉(zhuǎn)向明文通信。
[0030] 本發(fā)明所達(dá)到的有益效果；本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了分布式監(jiān)控終端和主站之間的可靠通 信，在通信之前先進(jìn)行私鑰協(xié)商，在協(xié)商成功的基礎(chǔ)上建立通信，有效防止非授權(quán)用戶竊取 電網(wǎng)數(shù)據(jù)或者利用電網(wǎng)控制功能破壞電網(wǎng)的正常運(yùn)行，保證了安全性和實(shí)時(shí)性的平衡；同 時(shí)本發(fā)明在出現(xiàn)故障時(shí)轉(zhuǎn)向明文通信，保證了分布式監(jiān)控終端和主站之間的信息交互。

【具體實(shí)施方式】
[0031] W下實(shí)施例僅用于更加清楚地說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而不能W此來限制本發(fā)明 的保護(hù)范圍。
[0032] -種基于數(shù)字加密的分布式監(jiān)控終端信息安全防護(hù)方法，包括W下步驟：
[0033] 步驟一：初始化帶加密芯片的分布式監(jiān)控終端。只有經(jīng)過初始化的分布式監(jiān)控終 端才可W正常使用。
[0034] 具體過程為：
[00巧]Al)分布式監(jiān)控終端加密芯片生成位移的密鑰對，所述密鑰對包括第一秘鑰和第 二秘鑰。
[0036] A2)分布式監(jiān)控終端生成請求文件，所述請求文件包括該分布式監(jiān)控終端的主題 信息。
[0037] 該里的主題信息如表一所示，包括分布式監(jiān)控終端的序列號、所在地、省名、國別、 組織名、第一秘鑰和第二秘鑰等。
[0038] A3)主站根據(jù)請求文件簽發(fā)證書。
[0039] A4)導(dǎo)入將主站的證書和公鑰，所述證書與密鑰對一一對應(yīng)。
[0040] 步驟二，分布式監(jiān)控終端上電，依次循環(huán)檢測W太網(wǎng)和GPRS無線網(wǎng)絡(luò)，若檢測有 W太網(wǎng)連接，則實(shí)行原始報(bào)文通信，否則進(jìn)入加密通信。
[0041] 加密通信過程為：
[0042] BI)分布式監(jiān)控終端與主站之間進(jìn)行秘鑰協(xié)商，如果成功則轉(zhuǎn)至步驟A2,如果不 成功，重新協(xié)商。
[0043] 通信秘鑰協(xié)商的過程為：
[0044] Cl)分布式監(jiān)控終端測試隨機(jī)數(shù)Xi,作A = ECertN (Xi)II ESkeyN Ol(Xi))，然后將A 發(fā)送給主站；其中CertN為分布式監(jiān)控終端N的第一秘鑰，SkeyN為分布式監(jiān)控終端N的第 二秘鑰，ECertN(Xi)為用第一秘鑰對Xi做加密運(yùn)算，ESkeyN化(Xi))為用第二秘鑰對H(Xi) 做加密運(yùn)算，H(Xi)為對Xi做散列運(yùn)算，I I表示連接；
[004引蝴主站收到A后進(jìn)行解密并驗(yàn)證分布式監(jiān)控終端的簽名，同時(shí)傳輸隨機(jī)數(shù)X2,對 其作B = ECertN (X2) M ESkeyN化(X2))，將B發(fā)回分布式監(jiān)控終端；其中，主站對A進(jìn)行解密 為步驟Cl中的反向過程，ECertN(Xs)為用第一秘鑰對X2做加密運(yùn)算，ESkeyN化(X2))為用 第二秘鑰對H(X2)做加密運(yùn)算，H(X2)為對X2做散列運(yùn)算；
[0046] C3)分布式監(jiān)控終端收到B后進(jìn)行解密并驗(yàn)證主站的簽名，合成私鑰， 公必=A'l @ 乂2，然后作C二//(A'l ? 乂2 )，將C發(fā)給主站，分布式監(jiān)控終端對B進(jìn) 行解密為步驟C2中的反向過程，//〇| @尤2 )為對乂1 @尤2做散列運(yùn)算；
[0047] C4)主站收到C后，作公二//(尤I ? Xs )，比較C和D是否相同，如果相同，貝Ij 雙方協(xié)商成功，通信私鑰為。必=*^1 @乂2，如果不同，主站向分布式監(jiān)控終端發(fā)出失 敗告警信息，分布式監(jiān)控終端重新發(fā)出協(xié)商。
[0048] B2)在分布式監(jiān)控終端側(cè)利用公鑰對數(shù)據(jù)報(bào)文進(jìn)行加密，并將加密后的數(shù)據(jù)報(bào)文 發(fā)送至主站。
[004引加密的過程為：
[0050] Dl)在數(shù)據(jù)報(bào)文的尾部填充報(bào)文，使其長度為16的整數(shù)；如果數(shù)據(jù)報(bào)文的原始長 度為16的倍數(shù)，則填充16個(gè)字節(jié)報(bào)文；
[0051] D2)對填充好的數(shù)據(jù)報(bào)文添加頭部信息和初始向量；
[0052] 在本實(shí)施例中，初始向量IV為16字節(jié)隨機(jī)數(shù)，由加密側(cè)生成；該里的頭部信息是 2字節(jié)長度，內(nèi)容分別為0x05和19+n，0x05表示加密數(shù)據(jù)包，18+n表示報(bào)文總長度。
[0053] D3)對上述處理好的數(shù)據(jù)報(bào)文使用公鑰進(jìn)行加密。
[0054] B3)主站接收到加密后的數(shù)據(jù)報(bào)文，通過秘鑰對其進(jìn)行解密；解密過程為加密過 程的逆過程，解密后需檢查填充報(bào)文的正確性。
[0055] 在加密通信過程中，無論出現(xiàn)任何故障，都將轉(zhuǎn)向明文通信。該里的明文通信一般 也需要進(jìn)行明文協(xié)商，明文協(xié)商成功之前是不進(jìn)行任何傳輸?shù)摹?br> [005引 明文協(xié)商過程為：
[0057] El)由分布式監(jiān)測終端發(fā)起協(xié)商請求報(bào)文，該協(xié)商請求報(bào)文中包含分布式監(jiān)控終 端的序列號。
[0058] 在本實(shí)施例中，該協(xié)商請求報(bào)文長度固定，為42字節(jié)，頭部依次為0x01、0x04,分 別表示協(xié)商過程和發(fā)起明文通信請求。
[0059] E2)主站收到協(xié)商請求報(bào)文，對其進(jìn)行解析，驗(yàn)證其中的序列號后回復(fù)協(xié)商確認(rèn)， 否則回復(fù)協(xié)商失敗信息。
[0060] E3)分布式監(jiān)測終端收到協(xié)商成功信息，則開始發(fā)起明文通信，若收到協(xié)商失敗信 息，則重新發(fā)起協(xié)商請求。
[0061] 上述明文通信過程：
[0062] Fl)對原始報(bào)文進(jìn)行填充，使其長度達(dá)到16的倍數(shù)，如果原始報(bào)文的原始長度為 16的倍數(shù)，則填充16個(gè)字節(jié)報(bào)文；
[0063] F2)對填充好的原始報(bào)文添加頭部信息；
[0064] 在本實(shí)施例中，頭部信息是2字節(jié)長度，內(nèi)容分別為0x06和2+n，0x06表示明文通 信數(shù)據(jù)包，2+n表示報(bào)文總長度；
[006引 F3)，將上述組裝好的報(bào)文發(fā)送到主站側(cè)即可。
[0066] 分布式監(jiān)測終端接收主站信息的過程與此相反。
[0067] 上述的基于數(shù)字加密的分布式監(jiān)控終端信息安全防護(hù)方法，在通信之前先進(jìn)行私 鑰協(xié)商，在協(xié)商成功的基礎(chǔ)上建立通信，有效防止非授權(quán)用戶竊取電網(wǎng)數(shù)據(jù)或者利用電網(wǎng) 控制功能破壞電網(wǎng)的正常運(yùn)行，保證了安全性和實(shí)時(shí)性的平衡。同時(shí)本發(fā)明在出現(xiàn)故障時(shí) 轉(zhuǎn)向明文通信，保證了分布式監(jiān)控終端和主站之間的信息交互。
[0068] W上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)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)明技術(shù)原理的前提下，還可W做出若干改進(jìn)和變形，該些改進(jìn)和變形 也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1. 一種基于數(shù)字加密的分布式監(jiān)控終端信息安全防護(hù)方法，其特征在于：包括以下步 驟： 步驟一：初始化帶加密芯片的分布式監(jiān)控終端； 步驟二，分布式監(jiān)控終端上電，依次循環(huán)檢測以太網(wǎng)和GPRS無線網(wǎng)絡(luò)，若檢測有以太 網(wǎng)連接，則實(shí)行原始報(bào)文通信，否則進(jìn)入加密通信。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于數(shù)字加密的分布式監(jiān)控終端信息安全防護(hù)方法，其 特征在于：步驟一中，初始化帶加密芯片的分布式監(jiān)控終端，具體過程為， Al)分布式監(jiān)控終端加密芯片生成位移的密鑰對，所述密鑰對包括第一秘鑰和第二秘 鑰； A2)分布式監(jiān)控終端生成請求文件，所述請求文件包括該分布式監(jiān)控終端的主題信 息； A3)主站根據(jù)請求文件簽發(fā)證書； A4)導(dǎo)入將主站的證書和公鑰，所述證書與密鑰對一一對應(yīng)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于數(shù)字加密的分布式監(jiān)控終端信息安全防護(hù)方法，其 特征在于：所述主題信息包括分布式監(jiān)控終端的序列號、所在地、省名、國別、組織名、第一 秘鑰和第二秘鑰。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于數(shù)字加密的分布式監(jiān)控終端信息安全防護(hù)方法，其 特征在于：所述加密通信過程為， BI)分布式監(jiān)控終端與主站之間進(jìn)行秘鑰協(xié)商，如果成功則轉(zhuǎn)至步驟A2,如果不成功， 重新協(xié)商； B2)在分布式監(jiān)控終端側(cè)利用公鑰對數(shù)據(jù)報(bào)文進(jìn)行加密，并將加密后的數(shù)據(jù)報(bào)文發(fā)送 至主站； B3)主站接收到加密后的數(shù)據(jù)報(bào)文，通過秘鑰對其進(jìn)行解密。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于數(shù)字加密的分布式監(jiān)控終端信息安全防護(hù)方法，其 特征在于：所述通信秘鑰協(xié)商的過程為， Cl)分布式監(jiān)控終端測試隨機(jī)數(shù)X1，作A = ECertN(X1) I I ESkeyN (H(Xl))，然后將A發(fā)送 給主站；其中CertN為分布式監(jiān)控終端N的第一秘鑰，SkeyN為分布式監(jiān)控終端N的第二秘 鑰，ECertN(X1)為用第一秘鑰對X1做加密運(yùn)算，ESkeyN(H(X1))為用第二秘鑰對H(X 1)做加 密運(yùn)算，H(X1)為對X1做散列運(yùn)算，I I表示連接； C2)主站收到A后進(jìn)行解密并驗(yàn)證分布式監(jiān)控終端的簽名，同時(shí)傳輸隨機(jī)數(shù)X2，對其作 B = ECertN(X2) I IESkeyN(H(X2))，將B發(fā)回分布式監(jiān)控終端；其中，主站對A進(jìn)行解密為步 驟Cl中的反向過程，ECertN(X2)為用第一秘鑰對X2做加密運(yùn)算，ESkeyN(H(X 2))為用第二 秘鑰對H(X2)做加密運(yùn)算，H(X2)為對X2做散列運(yùn)算； C3)分布式監(jiān)控終端收到B后進(jìn)行解密并驗(yàn)證主站的簽名，合成私鑰，
協(xié)商成功，通信私鑰為DA： = X1 ? X2，如果不同，主站向分布式監(jiān)控終端發(fā)出失敗告 警信息，分布式監(jiān)控終端重新發(fā)出協(xié)商。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于數(shù)字加密的分布式監(jiān)控終端信息安全防護(hù)方法，其 特征在于：所述加密的過程為， Dl)在數(shù)據(jù)報(bào)文的尾部填充報(bào)文，使其長度為16的整數(shù)；如果數(shù)據(jù)報(bào)文的原始長度為 16的倍數(shù)，則填充16個(gè)字節(jié)報(bào)文； D2)對填充好的數(shù)據(jù)報(bào)文添加頭部信息和初始向量IV ; D3)對上述處理好的數(shù)據(jù)報(bào)文使用公鑰進(jìn)行加密。 所述解密過程為加密過程的逆過程。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于數(shù)字加密的分布式監(jiān)控終端信息安全防護(hù)方法，其 特征在于：在加密通信過程中，無論出現(xiàn)任何故障，都將轉(zhuǎn)向明文通信。
【文檔編號】H04L9/32GK104363098SQ201410682997
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2014年11月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月24日
【發(fā)明者】楊青書, 韓先鶴, 葛成余, 羅建裕, 李海峰, 金濤, 韋磊, 趙新建, 錢欣 申請人:國家電網(wǎng)公司, 國電南瑞科技股份有限公司, 江蘇省電力公司, 江蘇省電力公司南京供電公司