專利名稱：一種基于身份加密的計(jì)量數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)及數(shù)據(jù)傳輸方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電力數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種基于身份加密的計(jì)量數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，還涉及該系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆椒ā?br> 背景技術(shù)：
現(xiàn)有的遠(yuǎn)程計(jì)量數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)一般包括智能電能表、計(jì)量終端和主站，其中，計(jì)量終端主要由廠站電能量采集終端、負(fù)荷管理終端、低壓抄表集中器和配變監(jiān)測計(jì)量終端等計(jì)量設(shè)備組成。在實(shí)際應(yīng)用的居民用戶低壓集中抄表系統(tǒng)中，由低壓抄表集中器明文讀取多個智能電能表收集并發(fā)送來的用戶數(shù)據(jù)后，將用戶數(shù)據(jù)發(fā)送至主站進(jìn)行后 臺處理，在數(shù)據(jù)發(fā)送過程中，數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩暂^低，易于受到攻擊；為了克服上述缺陷，目前，出現(xiàn)了采用加密技術(shù)的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，該數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)一般是在主站和智能電能表兩端建立對稱加密機(jī)制，對稱加密機(jī)制的含義是指加密、解密的密鑰相同；來自智能電能表的計(jì)量數(shù)據(jù)經(jīng)加密后由低壓抄表集中器等計(jì)量終端轉(zhuǎn)發(fā)，主站對轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)進(jìn)行解密并接收，再對其作處理，從而完成計(jì)量數(shù)據(jù)在智能電能表和主站之間的傳輸。但是，上述加密數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)還存在以下缺陷(I)智能電能表的密鑰由主站的密鑰與智能電能表的某些顯性參數(shù)作用生成，因此，整個數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的安全性僅依賴于主站密鑰的安全性，一旦主站密鑰被攻擊，整個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸安全性將無法得到有效地保障；(2)現(xiàn)有的加密數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)投入使用后，如果要更新其中一臺智能電能表的密鑰，就必須對該系統(tǒng)中所有智能電能表的密鑰做更新，因此工作量很大，為實(shí)際操作帶來了難以克服的困難；(3)現(xiàn)有加密數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中的計(jì)量終端僅具有轉(zhuǎn)發(fā)計(jì)量數(shù)據(jù)的功能，所有智能電能表上傳的數(shù)據(jù)均由主站進(jìn)行處理，導(dǎo)致主站的計(jì)算負(fù)荷很大；(4)現(xiàn)有加密數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中的計(jì)量終端對密文數(shù)據(jù)無法進(jìn)行認(rèn)證，易受到拒絕服務(wù)攻擊，從而影響計(jì)量數(shù)據(jù)的正常傳輸。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的第一個目的在于提供一種能夠提高計(jì)量數(shù)據(jù)傳輸安全性、降低主站計(jì)算負(fù)荷的基于身份加密的計(jì)量數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)。本發(fā)明的第二個目的在于提供前述的計(jì)量數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆椒?。本發(fā)明的第一個目的通過如下的技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)一種基于身份加密的計(jì)量數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，包括主站、計(jì)量終端及智能電能表，其特征在于主站，用于通過基于身份的密碼體制產(chǎn)生系統(tǒng)共用參數(shù)，并根據(jù)系統(tǒng)共用參數(shù)與計(jì)量終端的公鑰，生成計(jì)量終端的私鑰，通過安全信道發(fā)送至計(jì)量終端；計(jì)量終端，用于收到私鑰后，生成智能電能表的工作密鑰并通過安全信道發(fā)送至智能電能表；智能電能表，用于將計(jì)量數(shù)據(jù)采用工作密鑰加密后發(fā)送至計(jì)量終端；
所述智能電能表將計(jì)量數(shù)據(jù)采用工作密鑰加密后發(fā)送至計(jì)量終端，計(jì)量終端采用智能電能表的工作密鑰進(jìn)行解密，再使用計(jì)量終端的公鑰加密成密文，并對密文生成簽名后將計(jì)量數(shù)據(jù)與密文信息一同發(fā)送至主站，主站使用計(jì)量終端的公鑰驗(yàn)證簽名通過后，生成計(jì)量終端的私鑰，對密文信息解密獲取信息明文；主站根據(jù)數(shù)據(jù)處理結(jié)果產(chǎn)生控制指令，采用系統(tǒng)共用參數(shù)與計(jì)量終端的公鑰對控制指令加密生成密文，簽名后發(fā)送至計(jì)量終端，計(jì)量終端驗(yàn)證簽名通過，采用私鑰解密密文并讀取控制指令后產(chǎn)生針對智能電能表的控制指令，通過智能電能表的工作密鑰加密后發(fā)送至智能電能表。本發(fā)明是在主站與計(jì)量終端之間采用基于身份的非對稱加密體制加密進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，由主站作為密鑰生成中心，為計(jì)量終端生成私鑰，提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩裕谟?jì)量終端與智能電能表之間采用基于身份的對稱加密體制加密進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，計(jì)量終端定期收集、處理智能電能表上傳的用戶數(shù)據(jù)，計(jì)量終端具有加解密功能，可以對智能電能表的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，減輕了主站的計(jì)算負(fù)荷。對稱加密體制是指加密和解密使用同一密鑰和同一算法，而且發(fā)送方和接收方共享密鑰和算法，對稱加密體制的安全條件是密鑰必須保密，其優(yōu)點(diǎn)在于計(jì)算量小、運(yùn)算快及成本低；非對稱加密體制是指加密和解密使用不同的密鑰，其中一個密鑰是公開的，另一個密鑰是保密的，其優(yōu)點(diǎn)在于安全性好。本發(fā)明智能電能表與主站之間的計(jì)量數(shù)據(jù)傳輸是以IBC(Identity BasedCryptography,基于身份的密碼體制)為基礎(chǔ),基于身份的密碼體制是由以色列科學(xué)家、著名的RSA體制的發(fā)明者之一 A. Shamir于1984年提出，這種密碼體制的基本理論是基于身份的加密機(jī)制和數(shù)字簽名機(jī)制不需要證書機(jī)構(gòu)，可以將任意字符串作為用戶的公鑰。由于上述密碼體制具有這種特性使得基于身份的密碼體制已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各種技術(shù)領(lǐng)域。作為本發(fā)明的一種改進(jìn)，所述主站發(fā)出密鑰更新指令，采用系統(tǒng)共用參數(shù)與計(jì)量終端的公鑰對控制指令加密生成密文，簽名后發(fā)送至計(jì)量終端，計(jì)量終端收到密文并通過驗(yàn)證簽名后，將密文解密，再通過智能電能表的工作密鑰加密后發(fā)送至智能電能表，智能電能表收到密文，采用智能電能表的工作密鑰解密后對工作密鑰進(jìn)行更新。本發(fā)明可達(dá)到定期更新智能電能表工作密鑰的目的，以提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩?。本發(fā)明還可做以下改進(jìn)，初始化主站與計(jì)量終端時，計(jì)量終端的身份信息采用安裝地址、編碼、序號等顯性信息。使得主站或其它計(jì)量終端可以輕易獲取系統(tǒng)中其它計(jì)量終端的公鑰。本發(fā)明所述計(jì)量終端根據(jù)數(shù)據(jù)處理結(jié)果，產(chǎn)生發(fā)送給主站的控制指令，加密簽名后生成密文指令，如果計(jì)量終端與主站通信失敗，將密文指令發(fā)送至與其通信正常的計(jì)量終端，計(jì)量終端通過驗(yàn)證簽名，接收密文指令后添加簽名并發(fā)送至主站，主站接收后通過驗(yàn)證簽名，采用計(jì)量終端的私鑰解密獲取控制指令。系統(tǒng)運(yùn)行過程中，如遇突發(fā)情況，部分計(jì)量終端無法與主站取得聯(lián)系時，仍可通過鄰近計(jì)量終端將數(shù)據(jù)發(fā)送至主站。作為本發(fā)明的實(shí)施方式，所述安全信道是指數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)初始化時，采用電力通信網(wǎng)絡(luò)、光纖、撥號、GPRS、CDMA、GSM或者SMS等方式進(jìn)行數(shù)據(jù)的安全傳輸?shù)男诺馈１景l(fā)明的第二個目的通過如下的技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)一種上述基于身份加密的計(jì)量數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸方法，其特征在于具體包括以下步驟(I)建立系統(tǒng)共用參數(shù)主站通過基于身份的密碼體制產(chǎn)生系統(tǒng)共用參數(shù)，計(jì)算、計(jì)量終端的公鑰；(2)密鑰分發(fā)主站根據(jù)系統(tǒng)共用參數(shù)和計(jì)量終端所獲取的公鑰，生成計(jì)量終端的私鑰，并通過安全信道發(fā)送給計(jì)量終端；計(jì)量終端收到私鑰后，初始化主站與計(jì)量終端，生成智能電能表的工作密鑰并通過安全信道發(fā)送給智能電能表；(3)計(jì)量數(shù)據(jù)傳輸智能電能表將計(jì)量數(shù)據(jù)采用工作密鑰加密后發(fā)送至計(jì)量終端，計(jì)量終端采用智能電能表的工作密鑰進(jìn)行解密，再使用計(jì)量終端的公鑰加密成密文，并對密文生成簽名后將密文信息與簽名一同發(fā)送至主站，主站使用計(jì)量終端的公鑰驗(yàn)證簽名通過后，生成計(jì)量終端的私鑰，對密文信息解密獲取信息明文；主站根據(jù)數(shù)據(jù)處理結(jié)果產(chǎn)生控制指令，采用系統(tǒng)共用參數(shù)與計(jì)量終端的公鑰對控制指令加密生成密文，簽名后發(fā)送至計(jì)量終端，計(jì)量終端驗(yàn)證簽名通過，采用私鑰解密密文并讀取控制指令后產(chǎn)生針對智能電能表的控制指令，通過智能電能表的工作密鑰加密后發(fā)送至智能電能表。本發(fā)明在主站與計(jì)量終端之間采用基于身份的非對稱加密體制加密進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，由主站作為密鑰生成中心，為計(jì)量終端生成私鑰，提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩裕谟?jì)量終端與智能電能表之間采用基于身份的對稱加密體制加密進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，充分利用了非對稱加密技術(shù)安全性好和對稱加密技術(shù)計(jì)算量小、運(yùn)算快及成本低的特點(diǎn)，對計(jì)量終端分配密鑰，并作為數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹匾h(huán)節(jié)，使計(jì)量終端具有加解密功能，可以對智能電能表的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，減輕了主站的計(jì)算負(fù)荷；加密機(jī)制采用的基于身份的加密解密算法，是一種橢圓曲線類的公鑰體制加密方法，具有較高的安全強(qiáng)度。作為本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方式，主站建立系統(tǒng)共用參數(shù)的步驟如下[I]主站產(chǎn)生兩個素數(shù)q階的GDH群(G1, +)，(G2, ·)和雙線性對e =G1XG1 — G2,任意選取生成元P e G1 ；[2]主站隨機(jī)挑選主密鑰w Z*q，計(jì)算公鑰Ppub = sP ；[3]選擇一個強(qiáng)哈希函數(shù)H1 :{0，1}* —G1，用以把計(jì)量終端的有效身份信息映射成G1中的元素；[4]選擇一個強(qiáng)哈希函數(shù)#2:& — 用以確定明文消息的字節(jié)長度，Ii1表示明文消息的字節(jié)長度；[5]選擇一個強(qiáng)哈希函數(shù)片3用以生成對稱加密機(jī)制中的密鑰，n2表示對稱加密機(jī)制中的密鑰長度；[6]選擇一個強(qiáng)哈希函數(shù)#4:{0,ir><G24Z:;[7]選擇分散函數(shù)Diffk(MetNum), k示長度為n2的主控密鑰，MetNum表示智能電能表中長度為n3的ESAM模塊的序列號；設(shè)代表計(jì)量終端Coni的有效身份信息，主站計(jì)算g = e (P，P)，保留s作為系統(tǒng)私鑰；主站公開系統(tǒng)參數(shù) PARAMS = (G1, G2, e，P，Ppub, g，H1, H2, H3, H4)。本發(fā)明所述密鑰分發(fā)的步驟是[I]計(jì)量終端Coni向主站提交有效身份信息，通過主站的身份驗(yàn)證后，作為計(jì)量終端Coni的公鑰；[2]主站用系統(tǒng)私鑰s計(jì)算計(jì)量終端Coni的私鑰&，并通過安全信道返回給計(jì)量終端Coni,計(jì)算方式如下
Sconi=SH1(JDconi);[3]計(jì)量終端&,用上級非對稱加密機(jī)制分配的私鑰計(jì)算出下級對稱加密機(jī)制中的主控密鑰Kconj — H3 ( I^Coni ^Coni );[4]計(jì)量終端&,讀取智能電能表Metj的ESAM模塊序列號MetNumj及密鑰更新因子Salt值(Salt初始值設(shè)為全零)，計(jì)算出智能電能表的工作密鑰Kj Kj = DiffKc (MetNumj)十 Salt,并通過安全信道預(yù)置入智能電能表的ESAM模塊中。本發(fā)明的數(shù)據(jù)傳輸路線包括主站一計(jì)量終端一智能電能表和智能電能表一計(jì)量 終端一主站兩個傳輸方向，其中配變監(jiān)測計(jì)量終端與負(fù)荷管理終端等連接表計(jì)較少的計(jì)量終端直接通過非對稱加密體制與主站完成數(shù)據(jù)通信；計(jì)量終端并不是簡單的轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，而是讀取數(shù)據(jù)后進(jìn)行處理，生成新的數(shù)據(jù)信息；主站或計(jì)量終端產(chǎn)生的控制指令中除包含數(shù)據(jù)信息外，還包含當(dāng)前時戳、指令有效時間等信息。所述主站向智能電能表發(fā)送控制指令的步驟如下[I]主站根據(jù)后臺系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理結(jié)果，產(chǎn)生發(fā)送給計(jì)量終端Coni的控制指令M1 ；[2]主站通過系統(tǒng)共用參數(shù)和計(jì)量終端Coni的公鑰，將控制指令M1加密生成密文G1 Q HU1, V1 Hr1(β(Ηλ (IDcorh )，^ Ppub )))，其中，F(xiàn)1為Ζ:中的隨機(jī)數(shù)；[3]主站使用系統(tǒng)私鑰對密文簽名，即Sigltlas = SH1 (C1)；[4]主站將％||518^’發(fā)送給計(jì)量終端Coni,其中‘| |’表示將字符串連在一起；[5]計(jì)量終端Coni收到‘C」|SigMas ’后，首先使用系統(tǒng)共用參數(shù)驗(yàn)證密文的簽名，計(jì)算e (Sigltlas, P) = e (H1 (C1)，Ppub)是否成立，成立則接受該簽名，轉(zhuǎn)入步驟(6)，不成立則拒絕；[6]簽名驗(yàn)證正確后，計(jì)量終端Coni使用自己的私鑰&,對密文指令部分解密，得到指令M1 =H2(e(Scorh ,U1)) ^V1-,[7]計(jì)量終端讀取控制指令M1，并產(chǎn)生相應(yīng)的針對智能電能表Me^的控制指令M2,由計(jì)量終端的主控密鑰、智能電能表Metj的ESAM模塊的序列號MetNumj及密鑰更新因子Salt值生成智能電能表Metj的工作密鑰Kj Kj = Diffkconi ( MetNumj ) Salt,采用工作密鑰Kj加密后發(fā)送至智能電能表Metj ；[8]智能電能表Metj收到密文指令后，用工作密鑰Kj解密讀取并執(zhí)行。本發(fā)明所述的智能電能表傳輸計(jì)量數(shù)據(jù)至主站的步驟如下
[I]智能電能表Me、根據(jù)用戶使用電量、電費(fèi)剩余金額等信息，產(chǎn)生數(shù)據(jù)信息Mlj,用工作密鑰加密并發(fā)送至對應(yīng)的計(jì)量終端Coni ；[2]計(jì)量終端Coni收到密文后，根據(jù)主控密鑰、智能電能表Metj的ESAM模塊的序列號MetNumj及密鑰更新因子Salt值生成智能電能表Metj的工作密鑰Kj
權(quán)利要求
1.一種基于身份加密的計(jì)量數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，包括主站、計(jì)量終端及智能電能表，其特征在于 主站，用于通過基于身份的密碼體制產(chǎn)生系統(tǒng)共用參數(shù)，并根據(jù)系統(tǒng)共用參數(shù)與計(jì)量終端的公鑰，生成計(jì)量終端的私鑰，通過安全信道發(fā)送至計(jì)量終端； 計(jì)量終端，用于收到私鑰后，生成智能電能表的工作密鑰并通過安全信道發(fā)送至智能電能表; 智能電能表，用于將計(jì)量數(shù)據(jù)采用工作密鑰加密后發(fā)送至計(jì)量終端； 所述智能電能表將計(jì)量數(shù)據(jù)采用工作密鑰加密后發(fā)送至計(jì)量終端，計(jì)量終端采用智能電能表的工作密鑰進(jìn)行解密，再使用計(jì)量終端的公鑰加密成密文，并對密文生成簽名后將計(jì)量數(shù)據(jù)與密文信息一同發(fā)送至主站，主站使用計(jì)量終端的公鑰驗(yàn)證簽名通過后，生成計(jì)量終端的私鑰，對密文信息解密獲取信息明文；主站根據(jù)數(shù)據(jù)處理結(jié)果產(chǎn)生控制指令，采用系統(tǒng)共用參數(shù)與計(jì)量終端的公鑰對控制指令加密生成密文，簽名后發(fā)送至計(jì)量終端，計(jì)量終端驗(yàn)證簽名通過，采用私鑰解密密文并讀取后產(chǎn)生針對智能電能表的控制指令，通過智能電能表的工作密鑰加密后發(fā)送至智能電能表。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于身份加密的計(jì)量數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，其特征在于所述主站發(fā)出密鑰更新指令，采用系統(tǒng)共用參數(shù)與計(jì)量終端的公鑰對控制指令加密生成密文，簽名后發(fā)送至計(jì)量終端，計(jì)量終端收到密文并通過驗(yàn)證簽名后，將密文解密，再通過智能電能表的工作密鑰加密后發(fā)送至智能電能表，智能電能表收到密文，采用智能電能表的工作密鑰解密后對工作密鑰進(jìn)行更新。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于身份加密的計(jì)量數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，其特征在于初始化主站與計(jì)量終端時，計(jì)量終端的身份信息采用安裝地址、編碼或者序號信息；所述計(jì)量終端根據(jù)數(shù)據(jù)處理結(jié)果，產(chǎn)生發(fā)送給主站的控制指令，加密簽名后生成密文指令，如果計(jì)量終端與主站通信失敗，將密文指令發(fā)送至與其通信正常的計(jì)量終端，計(jì)量終端通過驗(yàn)證簽名，接收密文指令后添加簽名并發(fā)送至主站，主站接收后通過驗(yàn)證簽名，采用計(jì)量終端的私鑰解密獲取控制指令。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于身份加密的計(jì)量數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，其特征在于所述安全信道是指數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)初始化時，采用電力通信網(wǎng)絡(luò)、光纖、撥號、GPRS、CDMA.GSM或者SMS等方式進(jìn)行數(shù)據(jù)的安全傳輸?shù)男诺馈?br> 5.一種權(quán)利要求I所述的基于身份加密的計(jì)量數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸方法，其特征在于具體包括以下步驟 (1)建立系統(tǒng)共用參數(shù)主站通過基于身份的密碼體制產(chǎn)生系統(tǒng)共用參數(shù)，計(jì)算計(jì)量終端的公鑰； (2)密鑰分發(fā)主站根據(jù)系統(tǒng)共用參數(shù)和計(jì)量終端所獲取的公鑰，生成計(jì)量終端的私鑰，并通過安全信道發(fā)送給計(jì)量終端；計(jì)量終端收到私鑰后，初始化主站與計(jì)量終端，生成智能電能表的工作密鑰并通過安全信道發(fā)送給智能電能表； (3)計(jì)量數(shù)據(jù)傳輸智能電能表將計(jì)量數(shù)據(jù)采用工作密鑰加密后發(fā)送至計(jì)量終端，計(jì)量終端采用智能電能表的工作密鑰進(jìn)行解密，再使用計(jì)量終端的公鑰加密成密文，并對密文生成簽名后將計(jì)量數(shù)據(jù)與密文信息一同發(fā)送至主站，主站使用計(jì)量終端的公鑰驗(yàn)證簽名通過后，生成計(jì)量終端的私鑰，對密文信息解密獲取信息明文；主站根據(jù)數(shù)據(jù)處理結(jié)果產(chǎn)生控制指令，采用系統(tǒng)共用參數(shù)與計(jì)量終端的公鑰對控制指令加密生成密文，簽名后發(fā)送至計(jì)量終端，計(jì)量終端驗(yàn)證簽名通過，采用私鑰解密密文并讀取后產(chǎn)生針對智能電能表的控制指令，通過智能電能表的工作密鑰加密后發(fā)送至智能電能表。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的數(shù)據(jù)傳輸方法，其特征在于主站建立系統(tǒng)共用參數(shù)的步驟如下 [1]主站產(chǎn)生兩個素數(shù)q階的⑶H群(G1,+)，(G2, ·)和雙線性對e =G1XG1 — G2，任意選取生成元P e G1 ； [2]主站隨機(jī)挑選主密鑰A'eZ:，計(jì)算公鑰Ppub= sP ； [3]選擇一個強(qiáng)哈希函數(shù)H1，用以把計(jì)量終端的有效身份信息映射成G1中的元素； [4]選擇一個強(qiáng)哈希函數(shù)^”^— {(^丨^用以確定明文消息的字節(jié)長度’叫表示明文消息的字節(jié)長度； [5]選擇一個強(qiáng)哈希函數(shù)用以生成對稱加密機(jī)制中的密鑰，η2表示對稱加密機(jī)制中的密鑰長度； [6]選擇一個強(qiáng)哈希函數(shù)//4:{0,irxG2— 々 [7]選擇分散函數(shù)Diffk(MetNum),k表示長度為n2的主控密鑰，MetNum表示智能電能表中長度為n3的ESAM模塊的序列號； 設(shè)代表計(jì)量終端Coni的有效身份信息，主站計(jì)算g = e (P，P)，保留s作為系統(tǒng)私鑰；主站公開系統(tǒng)參數(shù) PARAMS = (G1, G2, e，P，Ppub, g, H1, H2, H3, H4)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的數(shù)據(jù)傳輸方法，其特征在于所述密鑰分發(fā)的步驟是 [1]計(jì)量終端Coni向主站提交有效身份信息IDco'，通過主站的身份驗(yàn)證后，作為計(jì)量終端Coni的公鑰； [2]主站用系統(tǒng)私鑰s計(jì)算計(jì)量終端Coni的私鑰 叫，并通過安全信道返回給計(jì)量終端Coni,計(jì)算方式如下Scoih=SHl(IDcorh); [3]計(jì)量終端&>用上級非對稱加密機(jī)制分配的私鑰計(jì)算出下級對稱加密機(jī)制中的主控密鑰Kcon= KU) [4]計(jì)量終端讀取智能電能表Metj的ESAM模塊序列號MetNumj及密鑰更新因子Salt值(Salt初始值設(shè)為全零)，計(jì)算出智能電能表的工作密鑰Kj K . = Diffr ( MetNum.)十 Salt，JConi] 并通過安全信道預(yù)置入智能電能表的ESAM模塊中。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的數(shù)據(jù)傳輸方法，其特征在于所述的智能電能表傳輸計(jì)量數(shù)據(jù)至主站的步驟如下 [1]智能電能表根據(jù)用戶使用電量、電費(fèi)剩余金額等信息，產(chǎn)生數(shù)據(jù)信息Mu，用工作密鑰加密并發(fā)送至對應(yīng)的計(jì)量終端Coni ； [2]計(jì)量終端Coni收到密文后，根據(jù)主控密鑰、智能電能表的ESAM模塊的序列號MetNumj及密鑰更新因子Salt值生成智能電能表Metj的工作密鑰Kj Kj = Diffkc ( MetNumj)十 Salt 解密密文后得到數(shù)據(jù)信息Mlj ； [3]計(jì)量終端Cnoni陸續(xù)接收智能電能表Met1,Met2, Met3...發(fā)送的數(shù)據(jù)信息M11, M12,M13...，讀取數(shù)據(jù)后產(chǎn)生發(fā)送給主站的數(shù)據(jù)信息M21, M22, M23...，然后使用公鑰進(jìn)行加密=(U2],V2])=(r\P, M2j HMH1 (IDcm )，r Ppub))) 其中，r' j為Z:中的隨機(jī)數(shù)； [4]計(jì)量終端對密文生成簽名，記C2= C2111C2211C23-..，進(jìn)行如下簽名Sigconi =("3，V,)={H4{C2，+r3P,H4(C2，# )) 其中，1"3為Z:中的隨機(jī)數(shù)； [5]計(jì)量終端將密文信息‘Il’發(fā)送至主站； [6]主站收到密文信息后，首先使用計(jì)量終端Coni的公鑰驗(yàn)證簽名 即驗(yàn)證K =H4(C2，乃是否成立， 成立則接受該簽名，轉(zhuǎn)入步驟(7)，不成立則拒絕； [7]簽名驗(yàn)證無誤后，主站生成計(jì)量終端的私鑰并對密文解密，獲取數(shù)據(jù)信息明文 M2j M2]=HMSConi，U2])) V2] 所述主站向智能電能表發(fā)送控制指令的步驟如下 [1]主站根據(jù)后臺系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理結(jié)果，產(chǎn)生發(fā)送給計(jì)量終端Coni的控制指令M1； [2]主站通過系統(tǒng)共用參數(shù)和計(jì)量終端Coni的公鑰IDco'，將控制指令Μι加密生成密文仏Q HU1, K Hr1 PM1^H2 (β(Ηλ (IDcorh )，^ Ppub )))， 其中，^為 <中的隨機(jī)數(shù)； [3]主站使用系統(tǒng)私鑰對密文簽名，即 SigMas = SH1(C1)； [4]主站將‘C」|SigMas’發(fā)送給計(jì)量終端Coni,其中‘| |’表示將字符串連在一起； [5]計(jì)量終端Coni收到‘C」ISigMas’后，首先使用系統(tǒng)共用參數(shù)驗(yàn)證密文的簽名，計(jì)算 e (Sigltlas, P) = e (H1 (C1), Ppub)是否成立， 成立則接受該簽名，轉(zhuǎn)入步驟(6)，不成立則拒絕； [6]簽名驗(yàn)證正確后，計(jì)量終端Coni使用自己的私鑰對密文指令部分解密，得到指令M1 M1=Z Z2WUH [7]計(jì)量終端讀取控制指令M1，并產(chǎn)生相應(yīng)的針對智能電能表Me^的控制指令仏，由計(jì)量終端的主控密鑰、智能電能表Metj的ESAM模塊的序列號MetNumj及密鑰更新因子Salt值生成智能電能表Metj的工作密鑰Kj Kj = Diffkc ( MetNumj)十 Salt， 采用工作密鑰&加密后發(fā)送至智能電能表Metj ； [8]智能電能表收到密文指令后，用工作密鑰&解密讀取并執(zhí)行。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的數(shù)據(jù)傳輸方法，其特征在于還包括密鑰更新步驟如下 [1]主站產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)Salti,并生成包含隨機(jī)數(shù)Salti及當(dāng)前時戳等信息的密鑰更新指令MNev，通過加密及簽名處理后發(fā)送給計(jì)量終端Coni,其中 Salti e {O, I}"2 ； [2]計(jì)量終端Coni收到密文并驗(yàn)證簽名無誤后，解密獲得Salti,并將Salti加密后發(fā)送至該計(jì)量終端下所有的智能電能表{Met1; Met2, . . . , Metj, . . . }； [3]智能電能表收到密文后，解密獲得Salti,對工作密鑰進(jìn)行如下更新Kj =Kj Salti，其中 為異或運(yùn)算； [4]計(jì)量終端對密鑰更新因子Salt值進(jìn)行如下更新 Salt=Salt 十 Salti。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的數(shù)據(jù)傳輸方法，其特征在于還包括計(jì)量終端之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)步驟如下 [1]計(jì)量終端Coni根據(jù)數(shù)據(jù)處理結(jié)果，產(chǎn)生發(fā)送給主站的指令信息Mfta,進(jìn)行加密及簽名處理，得到‘‘^ ’ ；’ . [2]計(jì)量終端Coni與主站通信失敗情況下，計(jì)量終端Coni將密文指令發(fā)送給計(jì)量終端Conj ； [3]計(jì)量終端( 根據(jù)計(jì)量終端Coni的公鑰和共用參數(shù)，驗(yàn)證計(jì)量終端Conj的簽名信息，若正確則接收，轉(zhuǎn)入步驟[4]，若錯誤，則拒絕； [4]計(jì)量終端&)11」對 添加簽名發(fā)送 至主站； [5]主站收到信息后，分別驗(yàn)證簽名信息&+於>和若正確則接收，轉(zhuǎn)入步驟[6]，若錯誤，則拒絕； [6]主站簽名信息驗(yàn)證無誤后，使用工作私鑰解密，得到指令信息Mfta。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于身份加密的計(jì)量數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，包括主站、計(jì)量終端及智能電能表，智能電能表將計(jì)量數(shù)據(jù)采用工作密鑰加密發(fā)送至計(jì)量終端，計(jì)量終端采用智能電能表的工作密鑰進(jìn)行解密，再使用計(jì)量終端的公鑰加密成密文，并對密文生成簽名將計(jì)量數(shù)據(jù)與密文信息一同發(fā)送至主站，主站使用計(jì)量終端的公鑰驗(yàn)證簽名通過后，生成計(jì)量終端的私鑰，對密文信息解密獲取信息明文；主站根據(jù)數(shù)據(jù)處理結(jié)果產(chǎn)生控制指令，采用系統(tǒng)共用參數(shù)與計(jì)量終端公鑰對控制指令加密生成密文，簽名后發(fā)送至計(jì)量終端，計(jì)量終端驗(yàn)證簽名通過，采用私鑰解密密文并讀取控制指令后產(chǎn)生針對智能電能表的控制指令，通過智能電能表的工作密鑰加密發(fā)送至智能電能表。提高了數(shù)據(jù)傳輸安全性、減輕了主站計(jì)算負(fù)荷。
文檔編號H04L29/06GK102685114SQ20121012324
公開日2012年9月19日 申請日期2012年4月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月24日
發(fā)明者黨三磊, 劉文明, 孫衛(wèi)明, 宋羲麟, 張方國, 楊勁鋒, 肖勇, 闕華坤, 陳啟冠, 陳銳民 申請人:中山大學(xué), 廣東電網(wǎng)公司電力科學(xué)研究院