智能電能表信息安全防護技術(shù)論文
1引言
隨著(zhù)我國社會(huì )經(jīng)濟的不斷發(fā)展，在市場(chǎng)上涌現出許多電能計量產(chǎn)品，而且其隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步而逐漸向智能化的方向發(fā)展，并且，對于計量的要求也越來(lái)越高。智能電能表不僅具備計量的功能，而且還兼具信息的存儲與處理、信息交換以及實(shí)時(shí)監控數據等功能，這對于智能電能表的使用而言，能夠為其提供極大的便利。因此，信息交換的安全性則成為智能電能表應用過(guò)程中的重點(diǎn)問(wèn)題。
2智能電能表基本原理和結構組成
2.1智能電能表的基本原理
舉例來(lái)說(shuō)，三相智能電能表在實(shí)際運行工作的過(guò)程中，經(jīng)過(guò)傳感器，三相電壓以及電流能夠轉換為采樣信號，并在輸送到數字信號處理器之前，是經(jīng)過(guò)了一定的濾波處理的。用于處理輸入輸出數據以及分時(shí)計費的MCU，即智能微處理器，能夠通過(guò)串行接口，使專(zhuān)用電能芯片中的數據得以顯示并讀出，并且以先前設定的時(shí)段為依據，將電能計量以及最大需要量計量的功能得以實(shí)現。同時(shí)，將顯示出的各項數據作為依據，實(shí)現紅外及RS485通訊、安全認證、CPU卡功能、載波或無(wú)線(xiàn)通訊等功能，并對運行的參數進(jìn)行檢測，與此同時(shí)，還會(huì )對用電的數據以及各種事件進(jìn)行一定的記錄。
2.2智能電能表的結構組成
從智能電能表的硬件組成上來(lái)看，其主要是由電壓/電流采樣電路、智能微處理芯片、計量芯片、控制回路、電源模塊、CPU卡接口、存儲單元、紅外通信等構成的。其中，數據的存儲區域以及通信接口是數據安全防護的重點(diǎn)所在。通常情況下，會(huì )采用EEPROM芯片與FLASH芯片兩種芯片來(lái)進(jìn)行數據的存儲，也存在一些裝置，其是在FRAM（鐵電存儲器）中存儲數據的。紅外通信口、RS485電路以及CPU卡接口等則是主要是負責對外通信的接。
3影響智能電能表信息安全的主要手段
3.1對信道中的數據進(jìn)行截取
就是數據信息截取示意圖，在傳輸過(guò)程中的數據信息，經(jīng)過(guò)非法的設備以及其他相關(guān)的技術(shù)手段來(lái)對其進(jìn)行截取，這也是影響智能電能表信息安全的一種比較常見(jiàn)的方式，尤其是對于密碼驗證的方式來(lái)說(shuō)，在進(jìn)行密碼驗證的過(guò)程中，一旦非法設備捕捉到正在線(xiàn)路傳輸中的與密碼相關(guān)的某些信息，那么對于密碼的破譯也并非難事，進(jìn)而使其獲取或者是對數據進(jìn)行篡改的目的得以實(shí)現。
3.2復現傳輸過(guò)程中的數據
非法設備或者其他技術(shù)手段在對信息進(jìn)行獲取之后，并不是直接對其進(jìn)行破譯，而是需要對所得到的數據進(jìn)行特定的記錄。有些時(shí)候，其會(huì )將數據信息輸送到電能表，這樣就能夠改變數據表中的數據信息，使其非法目的得以實(shí)現。
3.3差分能耗分析法
目前，在我國，加密與解密技術(shù)已經(jīng)取得了較大的發(fā)展與進(jìn)步。不法分子在對電能表的信息進(jìn)行獲取與篡改的過(guò)程中，會(huì )采用的其中一種方法就是通過(guò)對電能表的功耗進(jìn)行一定的分析，利用密碼運算過(guò)程中可能泄露的能量信息，再加上一些比較復雜的計算，從而實(shí)現信息的非法獲取。這種方法就是所謂的差分能耗分析法，利用該方法進(jìn)行數據的竊取不僅速度快，而且也十分有效，因此，不法分子在對信息進(jìn)行竊取的過(guò)程中，經(jīng)常會(huì )采用該種方式。
4智能電能表信息安全防護技術(shù)措施
4.1EEPR0M數據安全防護
在電能表中，計量功能的實(shí)現是以EEPR0M存儲的各類(lèi)數據為基礎的。應保證出廠(chǎng)之后的電能表，其校表數據不變，并對其采取一定的寫(xiě)保護措施；同時(shí)，對于運行過(guò)程中的各類(lèi)數據信息而言，為了防止其出現錯誤的問(wèn)題發(fā)生，在其存儲的過(guò)程中應該采用數據校驗以及同一數據多重備份保護的措施。在對EEPR0M存儲芯片的壽命進(jìn)行考慮的過(guò)程中，應該按照100萬(wàn)次的寫(xiě)操作來(lái)進(jìn)行，同時(shí)，在對其進(jìn)行設計的過(guò)程中，還要合理的分配存儲芯片的各個(gè)單元。為了使其使用壽命得以延長(cháng)，在讀寫(xiě)的數據進(jìn)行存儲的過(guò)程中，可以采取“數據輪轉池”等方式進(jìn)行；對于一些需要頻繁進(jìn)行改動(dòng)的數據，在其存儲的過(guò)程中，可以采取從理論上講讀寫(xiě)壽命具有無(wú)限次的FRAM，從而使電能表在整個(gè)使用的過(guò)程中，避免由于頻繁的讀寫(xiě)而引起的數據保存不準確并對其存儲壽命產(chǎn)生不利影響。
4.2時(shí)鐘數據的安全防護
電能表分時(shí)計費功能的實(shí)現，是需要在時(shí)鐘的基礎上實(shí)現的，并且，其也是電能表的核心參數。智能電能表一般采用的是硬件時(shí)鐘，這是為了適應用電場(chǎng)所復雜多變的環(huán)境而采取的一項措施，通常情況下，晶體內置的工業(yè)級時(shí)鐘芯片是智能電能表的一大選擇，其不僅能夠實(shí)現溫度的自動(dòng)補償，一般情況下，在0℃~+50℃的范圍內，時(shí)鐘的誤差不會(huì )高于45PPM，每天的誤差也就是日誤差也不會(huì )大于0.35s；在-40℃~+80℃的范圍內，其時(shí)鐘的誤差是不會(huì )超過(guò)5PPM的，日誤差也不會(huì )大于0.45s。而且，在停電的情況下，這種芯片能夠通過(guò)電池供電來(lái)對時(shí)鐘的溫度進(jìn)行自動(dòng)的補償。
4.3使用保密性能更高的加密算法
在對智能電能表的信息進(jìn)行安全防護的過(guò)程中，一個(gè)最為基本的安全技術(shù)就是數據加密技術(shù)，同時(shí)，其也是保證信息安全的關(guān)鍵。在對信息進(jìn)行存儲與傳輸之前，數據加密技術(shù)能夠通過(guò)各種方式將被保護的信息轉換成密文，即使在傳輸的過(guò)程中，信息會(huì )通過(guò)非法手段被一些不法分子獲取，但是，由于其已經(jīng)被轉換成密文，因此，這些信息仍然不能夠被其真正地了解，這對于信息安全的防護有著(zhù)十分重要的現實(shí)意義。利用該方法對信息安全進(jìn)行防護，其所采用的密碼算法以及密鑰的長(cháng)度能夠對其保密性產(chǎn)生直接性的影響。加密算法也就是用于加密與解密的一種數學(xué)函數，為了使得信息的安全得以保證，現行的密碼算法不僅是包括了公鑰密碼、序列密碼、散列函數等，而且還能夠提供抗抵賴(lài)、供鑒別、完整性等各項服務(wù)。目前，在對電能表信息安全進(jìn)行防護的過(guò)程中，主要采用的方法為具有公開(kāi)算法性質(zhì)的3DES或者是DES算法，此類(lèi)算法比較容易受到DPA技術(shù)的攻擊，因此，使用SM1算法以及其他保密性能更高的加密算法具有十分重要的現實(shí)意義。
4.4密文與線(xiàn)路保護配合使用
在電能表中，需要保護的信息數據的量是比較多的，而由于ESAM中對于信息存儲的空間是十分有限的，因此，在EEPROM中會(huì )存有一部分的信息。但是，由于其對于編程開(kāi)關(guān)以及密碼的驗證等方面缺乏較高的防護能力，而且需要通過(guò)人工操作的方式進(jìn)行。針對該種情況，采用密文與線(xiàn)路保護配合使用的措施十分重要。在通信的過(guò)程中，對線(xiàn)路進(jìn)行一定的保護能夠防止信息被獲取與篡改，而且通過(guò)加密的方式，能夠使信息數據的安全得以保證。
4.5安全認證
在進(jìn)行信息數據的交換與傳輸之前，需要在經(jīng)過(guò)雙方身份的驗證之后才可以進(jìn)行。在實(shí)際驗證的過(guò)程中，為了保護數據傳輸過(guò)程中的安全性，密鑰僅僅是對相關(guān)的運算進(jìn)行了一定的參與，并不會(huì )進(jìn)行傳輸。在對加密進(jìn)行相關(guān)的運算過(guò)程中，所使用到的密碼也是隨機的，這樣就能夠在很大程度上避免信息被竊取，提高電能表信息的安全性。
5結語(yǔ)
信息安全性是智能電能表能夠正常工作的基礎與前提。智能電能表在運行的過(guò)程中，如果不采取相關(guān)的措施，信息就很有可能被非法分子竊取并對其進(jìn)行一定的篡改，因此，必須明確智能電能表的基本工作原理及其結構框架，并采取有效的安全防護技術(shù)措施，這對于提高智能電能表信息的安全性具有十分重要的現實(shí)意義。
作者：劉媛媛 單位：國網(wǎng)寧夏電力公司固原供電公司
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