一種基于lfsr的101規(guī)約控制指令安全通信方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及通信領(lǐng)域，尤其是一種基于LFSR的101規(guī)約控制指令安全通信方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 線性反饋移位寄存器（linear feedback shift register,LFSR)是指，給定前一 狀態(tài)的輸出，將該輸出的線性函數(shù)再用作輸入的移位寄存器。其中，異或運(yùn)算是LFSR最常見(jiàn) 的單比特線性函數(shù):對(duì)寄存器的某些位進(jìn)行異或操作后作為輸入，再對(duì)寄存器中的各比特 進(jìn)行整體移位。
[0003] 101規(guī)約是配電網(wǎng)絡(luò)通信的協(xié)議，可以實(shí)現(xiàn)與電力設(shè)備的遠(yuǎn)程通信及遠(yuǎn)動(dòng)控制。 101規(guī)約是IEC870-5-101的簡(jiǎn)稱，其配套標(biāo)準(zhǔn)的名稱是L/T 634.5101-2002。該規(guī)約規(guī)定了 兩種數(shù)據(jù)幀格式，一種固定長(zhǎng)數(shù)據(jù)幀，另外一種是可變長(zhǎng)數(shù)據(jù)幀。
[0004] 其中，固定長(zhǎng)數(shù)據(jù)幀格式如下：
[0005] 啟動(dòng)字符（10H)
[0006] 控制域(C)
[0007] 鏈路地址域(A)
[0008] 幀校驗(yàn)和(CS)
[0009] 結(jié)束字符（16H)
[0010] 而可變長(zhǎng)數(shù)據(jù)幀格式如下：
[0011] 啟動(dòng)字符(68H)
[0012] 長(zhǎng)度(L)
[0013] 長(zhǎng)度重復(fù)(L)
[0014] 啟動(dòng)字符(68H)
[0015] 控制域(C)
[0016] 鏈路地址域(A)
[0017]鏈路用戶數(shù)據(jù)(可變長(zhǎng)度，記為UsrData)
[0018] 幀校驗(yàn)和(CS)
[0019] 結(jié)束字符（16H)
[0020] 其中，可變幀主要用于傳輸數(shù)據(jù)(例如總召喚，時(shí)間同步信息和遙控命令等）；固定 幀主要用于確認(rèn)報(bào)文或詢問(wèn)報(bào)文(例如鏈路狀態(tài)確認(rèn)，鏈路復(fù)位，一級(jí)數(shù)據(jù)和二級(jí)數(shù)據(jù)等）。 顯然，101規(guī)約的控制指令是通過(guò)可變長(zhǎng)數(shù)據(jù)幀傳遞的。
[0021] 然而，101規(guī)約本身沒(méi)有提供安全機(jī)制，控制指令都是明文的方式進(jìn)行傳輸?shù)?，?收方不能判斷該指令是否來(lái)自合法的執(zhí)行者，也不可以溯源，存在較大的安全隱患。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0022]本發(fā)明的目的在于:提供一種安全隱患小的，基于LFSR的101規(guī)約控制指令安全通 ?目方法。
[0023]本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是：
[0024] 一種基于LFSR的101規(guī)約控制指令安全通信方法，包括：
[0025] S1、采用101規(guī)約的可變長(zhǎng)數(shù)據(jù)幀對(duì)LFSR進(jìn)行初始化和同步，以同步發(fā)送方和接收 方的密鑰流；
[0026] S2、發(fā)送方采用當(dāng)前LFSR的狀態(tài)值作為流密鑰加密可變長(zhǎng)數(shù)據(jù)幀的鏈路用戶數(shù) 據(jù)，然后將加密后的數(shù)據(jù)幀發(fā)送給接收方并使LFSR步進(jìn)一次；
[0027] S3、接收方接收到加密后的數(shù)據(jù)幀后，對(duì)所接收的數(shù)據(jù)幀中的鏈路用戶數(shù)據(jù)采用 當(dāng)前的LFSR的狀態(tài)值作為流密鑰進(jìn)行解密，然后再使接收方的LFSR步進(jìn)一次；
[0028] S4、接收方根據(jù)解密出的鏈路用戶數(shù)據(jù)，判斷所接收的控制指令是否為合法的101 規(guī)約控制指令，然后根據(jù)判斷的結(jié)果進(jìn)行安全通信。
[0029]進(jìn)一步，所述步驟S1，其包括：
[0030] S11、發(fā)送方向接收方發(fā)送請(qǐng)求序列Req| |Randl，其中，Req為指定字節(jié)數(shù)目和指定 內(nèi)容的連接請(qǐng)求，I I為信息連接符，Randl為發(fā)送方產(chǎn)生的隨機(jī)數(shù)；
[0031] S12、接收方在接收到請(qǐng)求序列后，計(jì)算接收方LFSR的第一狀態(tài)值statusl = LFSR (m，Randl | | Rand2)，然后將序列statusl | | Rand2返回給發(fā)送方，其中，Rand2為接收方產(chǎn)生 的隨機(jī)數(shù)，m為接收方的控制參數(shù)，LFSR(m，Randl | |Rand2)為接收方LFSR在控制參數(shù)m的控 制作用下進(jìn)行線性反饋移位的結(jié)果；
[0032] S13、發(fā)送方接收到序列statusl | | Rand2后，根據(jù)Rand2、已有的Randl和發(fā)送方的 控制參數(shù)m'計(jì)算驗(yàn)證發(fā)送方的第一狀態(tài)值statusl' =LFSR(m'，Randl | | Rand2)是否與接收 方的statusl相同，若是，則計(jì)算發(fā)送方LFSR的第二狀態(tài)值status2 = LFSR(m'，statusl '）， 并發(fā)送給接收方;反之，則終止安全通信過(guò)程，其中，LFSR(m'，Randl| |Rand2)和LFSR(m'， statusl'）均為發(fā)送方LFSR在控制參數(shù)m'的控制作用下進(jìn)行線性反饋移位的結(jié)果，m' =m; [0033] S14、接收方接收到status2后，根據(jù)接收方的控制參數(shù)m和已有的statusl計(jì)算驗(yàn) 證接收方LFSR的第二狀態(tài)值status2' =LFSR(m，statusl)是否與發(fā)送方的status2相同，若 是，則將驗(yàn)證成功的消息Auth_Res返回給發(fā)送方，并讓接收方的LFSR步進(jìn)一次，進(jìn)入 status3 = LFSR(m，status2)狀態(tài)，反之，則終止安全通信過(guò)程；
[0034] S15、發(fā)送方接收到消息Auth_Res后，讓發(fā)送方的LFSR步進(jìn)一次，也進(jìn)入status3狀 ??τ 〇
[0035]進(jìn)一步，所述步驟S2,其包括：
[0036] S21、若可變長(zhǎng)數(shù)據(jù)幀的鏈路用戶數(shù)據(jù)UsrData的長(zhǎng)度大于當(dāng)前LFSR的長(zhǎng)度，則采 用當(dāng)前LFSR步進(jìn)至少一次后的新?tīng)顟B(tài)值來(lái)加密UsrData超出當(dāng)前LFSR長(zhǎng)度的部分，UsrData 的余下部分則采用當(dāng)前LFSR的狀態(tài)值作為流密鑰進(jìn)行加密；若UsrData的長(zhǎng)度小于等于 LFSR的長(zhǎng)度，則采用當(dāng)前LFSR的狀態(tài)值作為流密鑰加密UsrData，并將當(dāng)前LFSR的狀態(tài)值中 超出UsrData長(zhǎng)度的部分舍去；
[0037] S22、發(fā)送方按101規(guī)約將加密后的UsrData密文填充進(jìn)數(shù)據(jù)幀后發(fā)給接收方，并使 發(fā)送方的LFSR步進(jìn)一次。
[0038]進(jìn)一步，所述步驟S21其具體為：
[0039]若可變長(zhǎng)數(shù)據(jù)幀的鏈路用戶數(shù)據(jù)UsrData的長(zhǎng)度η與當(dāng)前LFSR的長(zhǎng)度L滿足0<n < L，則加密后的UsrData密文c_UsrData的表達(dá)式為：
[0040]
[00411若可變長(zhǎng)數(shù)據(jù)幀的鏈路用戶數(shù)據(jù)UsrData的長(zhǎng)度η與當(dāng)前LFSR的長(zhǎng)度L滿足L<n < 2L，則加密后的UsrData密文c_UsrData的表達(dá)式為：
[0042]
[0043]其中，lfsr為當(dāng)前LFSR的狀態(tài)值，di為第i比特鏈路用戶數(shù)據(jù)UsrData的值；li為第 i比特lfsr的狀態(tài)值，l'i為h步進(jìn)一次后的新?tīng)顟B(tài)值。
[0044]進(jìn)一步，所述步驟S3,其包括：
[0045] S31、接收方從接收到的數(shù)據(jù)幀中區(qū)分出非UsrData部分以及UsrData部分；
[0046] S32、接收方對(duì)接收到的數(shù)據(jù)幀中的非UsrData部分按照101規(guī)約的解密方式進(jìn)行 處理，而對(duì)接收到的數(shù)據(jù)幀中的UsrData部分采用接收方當(dāng)前LFSR的狀態(tài)值作為流密鑰進(jìn) 行解密；
[0047] S33、使接收方的LFSR步進(jìn)一次。
[0048]進(jìn)一步，所述步驟S32中對(duì)UsrData采用接收方當(dāng)前LFSR的狀態(tài)值作為流密鑰進(jìn)行 解密這一步驟，其具體為：
[0049]對(duì)UsrData采用接收方當(dāng)前LFSR的狀態(tài)值作為流密鑰進(jìn)行解密，若當(dāng)前LFSR的長(zhǎng) 度不夠，則用當(dāng)前LFSR步進(jìn)至少一次后的新?tīng)顟B(tài)值解密UsrData中超出LFSR長(zhǎng)度的部分，所 述解密出的鏈路用戶數(shù)據(jù)的計(jì)算公式為：(li 。
[0050]進(jìn)一步，所述步驟S4,其具體為：
[0051]接收方根據(jù)解密出的鏈路用戶數(shù)據(jù)，判斷所接收的控制指令是否為合法的101規(guī) 約控制指令，若是，則執(zhí)行該控制指令;反之，則拒絕執(zhí)行該控制指令，并按照101規(guī)約反饋 給發(fā)送方。
[0052 ]進(jìn)一步，所述控制參數(shù)m '和m均是指LFSR參與反饋的抽頭情況和一次性連續(xù)移動(dòng) 的位數(shù)。
[0053]本發(fā)明的有益效果是:增設(shè)了采用101規(guī)約的可變長(zhǎng)數(shù)據(jù)幀對(duì)LFSR進(jìn)行初始化和 同步的步驟，在通信開(kāi)始前就同步了密鑰流，有效防止了控制指令被仿冒，更加安全;采用 可變長(zhǎng)數(shù)據(jù)幀的鏈路用戶數(shù)據(jù)和LFSR來(lái)實(shí)現(xiàn)101規(guī)約控制指令的安全傳遞，并能判斷接收 方接收的控制指令是否來(lái)自合法的執(zhí)行者，有效降低了 101規(guī)約控制指令的安全隱患。
【附圖說(shuō)明】
[0054]圖1為本發(fā)明一種基于LFSR的101規(guī)約控制指令安全通信方法的整體流程圖；
[0055]圖2為本發(fā)明步驟S1的流程示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0056] 參照?qǐng)D1，一種基于LFSR的101規(guī)約控制指令安全通信方法，包括：
[0057] S1、采用101規(guī)約的可變長(zhǎng)數(shù)據(jù)幀對(duì)LFSR進(jìn)行初始化和同步，以同步發(fā)送方和接收 方的密鑰流；
[0058] S2、發(fā)送方采用當(dāng)前LFSR的狀態(tài)值作為流密鑰加密可變長(zhǎng)數(shù)據(jù)幀的鏈路用戶數(shù) 據(jù)，然后將加密后的數(shù)據(jù)幀發(fā)送給接收方并使LFSR步進(jìn)一次；
[0059] S3、接收方接收到加密后的數(shù)據(jù)幀后，對(duì)所接收的數(shù)據(jù)幀中的鏈路用戶數(shù)據(jù)采用 當(dāng)前的LFSR的狀態(tài)值作為流密鑰進(jìn)行解密，然后再使接收方的LFSR步進(jìn)一次；
[0060] S4、接收方根據(jù)解密出的鏈路用戶數(shù)據(jù)，判斷所接收的控制指令是否為合法的101 規(guī)約控制指令，然后根據(jù)判斷的結(jié)果進(jìn)行安全通信。
[0061] 參照?qǐng)D2,進(jìn)一步作為優(yōu)選的實(shí)施方式，所述步驟S1，其包括：
[0062] S11、發(fā)送方向接收方發(fā)送請(qǐng)求序列Req| |Randl，其中，Req為指定字節(jié)數(shù)目和指定 內(nèi)容的連接請(qǐng)求，I I為信息連接符，Randl為發(fā)送方產(chǎn)生的隨機(jī)數(shù)；
[0063] S12、接收方在接收到請(qǐng)求序列后，計(jì)算接收方LFSR的第一狀態(tài)值statusl = LFSR (m，Randl | | Rand2)，然后將序列statusl | | Rand2返回給發(fā)送方，其中，Rand2為接收方產(chǎn)生 的