一種基于混合加密算法的網(wǎng)絡(luò)型電壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于混合加密算法的網(wǎng)絡(luò)型電壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括網(wǎng)絡(luò)型電壓監(jiān)測(cè)儀和上位機(jī)服務(wù)器。本發(fā)明采用的網(wǎng)絡(luò)型電壓監(jiān)測(cè)儀，通過(guò)電壓監(jiān)測(cè)模塊來(lái)采集電網(wǎng)電壓數(shù)據(jù)；CPU處理器中內(nèi)嵌的基于SM2、SM4混合改進(jìn)加密算法對(duì)采集的電壓數(shù)據(jù)進(jìn)行加密處理；GPRS通信模塊將加密處理過(guò)的電壓數(shù)據(jù)發(fā)送給上位機(jī)服務(wù)器；上位機(jī)服務(wù)器結(jié)合網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)需要監(jiān)測(cè)的電壓數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)管理和評(píng)估分析。本發(fā)明采用了國(guó)家密碼管理局認(rèn)可的SM2、SM4混合改進(jìn)加密技術(shù)，既保證了電網(wǎng)監(jiān)測(cè)電壓數(shù)據(jù)的安全，又提高了電壓數(shù)據(jù)加、解密的速度，具有降低生產(chǎn)成本、提高效率和使用方便的優(yōu)點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于智能電網(wǎng)電壓監(jiān)測(cè)領(lǐng)域。
【專利說(shuō)明】
一種基于混合加密算法的網(wǎng)絡(luò)型電壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種對(duì)智能電網(wǎng)電壓數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)的電壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，特別涉及一種基于SM2、SM4混合改進(jìn)加密算法的網(wǎng)絡(luò)型電壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，屬于電力系統(tǒng)監(jiān)測(cè)設(shè)備的技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著電力改革的不斷深入，智能電網(wǎng)已成為電力系統(tǒng)發(fā)展中的重中之重。然而，隨著智能電網(wǎng)建設(shè)的高速發(fā)展，其安全性問題也日益突出，尤其進(jìn)入大數(shù)據(jù)時(shí)代以后，智能電網(wǎng)中的大數(shù)據(jù)安全和隱私保護(hù)問題日益凸顯。
[0003]電力公司按照按國(guó)家電網(wǎng)公司及電監(jiān)會(huì)要求，在固定的地點(diǎn)加裝電壓監(jiān)測(cè)裝置對(duì)供電電壓進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè)，并統(tǒng)計(jì)上報(bào)，接收檢查監(jiān)督。然而目前采用的電壓監(jiān)測(cè)儀，都沒有帶安全防護(hù)功能，以至于電壓監(jiān)測(cè)點(diǎn)設(shè)置的規(guī)范性、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)的正確性和網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)陌踩远即嬖诼┒春碗[患。
[0004]為了確保智能電網(wǎng)的安全，未經(jīng)安全論證的設(shè)備和數(shù)據(jù)是不能接入電網(wǎng)的。網(wǎng)絡(luò)型電壓監(jiān)測(cè)儀監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)因?yàn)槿鄙侔踩雷o(hù)，不能直接接入電力部門的局域網(wǎng)數(shù)據(jù)庫(kù)。所以，對(duì)智能電網(wǎng)的電壓數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并且在傳輸給上位機(jī)服務(wù)器前對(duì)其進(jìn)行安全加密處理，可以很大程度上提高智能電網(wǎng)的運(yùn)行效率和安全性。
[0005]目前對(duì)智能電網(wǎng)電壓數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)主要通過(guò)普通的無(wú)線電壓監(jiān)測(cè)儀進(jìn)行監(jiān)測(cè)。如專利號(hào)201310430769.2采用短信發(fā)送、彩信發(fā)送、GPRS等無(wú)線發(fā)送的方式將電壓監(jiān)測(cè)模塊所采集的電壓數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸，并沒有對(duì)監(jiān)測(cè)到的電壓數(shù)據(jù)進(jìn)行安全防護(hù)；專利號(hào)201310139854.3雖然采用帶有安全加密芯片的電壓監(jiān)測(cè)儀對(duì)智能電網(wǎng)電壓數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)與安全防護(hù)，但由于該安全加密芯片采用的SM2加密技術(shù)存在算法復(fù)雜、加解密大塊數(shù)據(jù)的速度慢和效率低的缺陷，這不利于電壓監(jiān)測(cè)裝置廣泛的在電網(wǎng)系統(tǒng)中應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種基于混合加密算法的網(wǎng)絡(luò)型電壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)智能電網(wǎng)的電壓數(shù)據(jù)，并將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)安全處理后發(fā)送至上位機(jī)服務(wù)器，確保智能電網(wǎng)數(shù)據(jù)安全。
[0007]為了解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明采用的具體技術(shù)方案如下:
[0008]—種基于混合加密算法的網(wǎng)絡(luò)型電壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括網(wǎng)絡(luò)型電壓監(jiān)測(cè)儀和上位機(jī)服務(wù)器，其特征在于:所述網(wǎng)絡(luò)型電壓監(jiān)測(cè)儀包括CHJ處理器、電壓監(jiān)測(cè)模塊、存儲(chǔ)器、時(shí)鐘、顯示、鍵盤、電源、GPRS通訊模塊，所述電壓監(jiān)測(cè)模塊、存儲(chǔ)器、時(shí)鐘、顯示、鍵盤、電源、GPRS通訊模塊分別與CPU直接連接;需要被監(jiān)測(cè)的電壓數(shù)據(jù)先通過(guò)電壓監(jiān)測(cè)模塊進(jìn)行有效采樣并傳輸給CPU處理器，再經(jīng)過(guò)CHJ處理器中內(nèi)嵌的SM2、SM4混合改進(jìn)加密技術(shù)處理后通過(guò)GPRS通信模塊傳輸給上位機(jī)服務(wù)器，以實(shí)現(xiàn)對(duì)智能電網(wǎng)電壓數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)管理；
[0009]所述上位機(jī)服務(wù)器包括上位機(jī)模塊和網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)模塊，網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)與上位機(jī)模塊直接連接，上位機(jī)模塊接收由網(wǎng)絡(luò)型電壓監(jiān)測(cè)儀通過(guò)GPRS通信模塊傳輸?shù)碾妷簲?shù)據(jù)；
[0010]所述電壓監(jiān)測(cè)模塊包括電壓采集模塊和電壓轉(zhuǎn)換模塊；
[0011 ]所述CPU處理器模塊包括單片機(jī)M⑶或嵌入式單片機(jī)系統(tǒng)；
[0012]所述存儲(chǔ)器與CPU處理器連接，用于存儲(chǔ)所述監(jiān)測(cè)到的電壓數(shù)據(jù)；
[0013]所述GPRS通訊模塊采用的是FLYSCALE公司生產(chǎn)的FLY280通信模塊，該模塊基于CMOS技術(shù)，采用GPRS無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸方式；
[0014]所述上位機(jī)PC包括上位機(jī)軟件和網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)。
[0015]所述網(wǎng)絡(luò)型電壓監(jiān)測(cè)儀CPU處理器中嵌入由國(guó)家密碼管理局認(rèn)可的SM2、SM4混合改進(jìn)加密算法。
[0016]所述SM2、SM4混合改進(jìn)加密算法包括以下步驟:
[0017]步驟一，隨機(jī)生成SM4密鑰key;
[0018]步驟二，采用SM4算法對(duì)電壓數(shù)據(jù)進(jìn)行加密得到密文Μ’ ；
[0019]步驟三，采用SM2算法對(duì)密鑰key進(jìn)行加密得到key’ ；
[0020]步驟四，通過(guò)GPRS無(wú)線傳輸將密文Μ’和key’傳輸給上位機(jī)服務(wù)器；
[0021 ] 步驟五，采用SM2算法對(duì)key ’進(jìn)行解密得到SM4的密鑰key ；步驟六，采用SM4算法對(duì)密文M’進(jìn)行解密得到原始監(jiān)測(cè)的電壓數(shù)據(jù)。
[0022]本發(fā)明的工作過(guò)程為:在基于混合加密算法的網(wǎng)絡(luò)型電壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，由電壓監(jiān)測(cè)模塊對(duì)智能電網(wǎng)電壓數(shù)據(jù)進(jìn)行有效采樣并傳輸給CPU處理器，被監(jiān)測(cè)得到的電壓數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)CPU處理器中內(nèi)嵌的SM2、SM4混合改進(jìn)加密算法處理后，通過(guò)GPRS通信模塊傳輸給上位機(jī)服務(wù)器，以實(shí)現(xiàn)對(duì)智能電網(wǎng)電壓數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)管理。
[0023]本發(fā)明具有有益效果:本發(fā)明中網(wǎng)絡(luò)型電壓監(jiān)測(cè)裝置依據(jù)安全協(xié)議規(guī)范實(shí)現(xiàn)安全接入，根據(jù)需要制定用戶安全策略，可以減少、限制管理員權(quán)限使用，一般操作中采用一般權(quán)限用戶，僅在必要時(shí)切換至管理員帳號(hào)進(jìn)行操作，并啟用對(duì)管理員權(quán)限的日志審計(jì);本發(fā)明中網(wǎng)絡(luò)型電壓監(jiān)測(cè)儀內(nèi)嵌了基于SM2、SM4混合改進(jìn)加密算法，即保證了監(jiān)測(cè)電壓數(shù)據(jù)的安全，又提高了電壓數(shù)據(jù)加、解密的速度，從而實(shí)現(xiàn)了智能電網(wǎng)電壓數(shù)據(jù)安全、高效、快捷地傳輸;本發(fā)明采用PC機(jī)、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)和MCU組合監(jiān)控方案，實(shí)現(xiàn)對(duì)智能電網(wǎng)電壓的層次監(jiān)測(cè)管理、布置簡(jiǎn)單，易于監(jiān)測(cè)區(qū)域的大面積擴(kuò)展。利用上位機(jī)服務(wù)器結(jié)合網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)監(jiān)測(cè)到的電壓數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)分析，從而有效地對(duì)智能電網(wǎng)工作狀態(tài)進(jìn)行管理評(píng)估。
【附圖說(shuō)明】
[0024]圖1是本發(fā)明的電壓監(jiān)測(cè)儀系統(tǒng)原理框圖。
[0025]圖2是本發(fā)明的電壓監(jiān)測(cè)儀的模塊示意圖。
[0026]圖3是本發(fā)明的SM2、SM4混合改進(jìn)加密算法的具體流程圖。
[0027]具體實(shí)施方法
[0028]如圖1所示，在本實(shí)施方法中，所述基于混合加密算法的網(wǎng)絡(luò)型電壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括電壓監(jiān)測(cè)儀10和上位機(jī)服務(wù)器20。
[0029]如圖2所示，在本實(shí)施方法中，所述網(wǎng)絡(luò)型電壓監(jiān)測(cè)儀10為一塊嵌入了CPU處理器
13、電壓監(jiān)測(cè)模塊11、存儲(chǔ)器、時(shí)鐘、顯示、鍵盤、電源、GPRS通訊模塊12的集成電路板，并安裝在網(wǎng)絡(luò)型電壓監(jiān)測(cè)儀10內(nèi)部。其中電壓監(jiān)測(cè)模塊11、存儲(chǔ)器、時(shí)鐘、顯示、鍵盤、電源、GPRS通訊模塊12分別與CPU處理器13直接連接。需要被監(jiān)測(cè)的電壓數(shù)據(jù)通過(guò)電壓監(jiān)測(cè)模塊11進(jìn)行有效采樣并傳輸給CPU處理器13，再經(jīng)過(guò)CPU處理器13中內(nèi)嵌的SM2、SM4混合改進(jìn)加密技術(shù)處理后通過(guò)GPRS通信模塊12傳輸給上位機(jī)服務(wù)器20。其中，電壓監(jiān)測(cè)模塊11包括電壓采集模塊和電壓轉(zhuǎn)換模塊，GPRS通訊模塊12采用的是FLYSCALE公司生產(chǎn)的FLY280通信模塊，該模塊基于CMOS技術(shù)，采用GPRS無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸方式。
[0030]本發(fā)明適用于100V/220V/380V交流電壓有效值的監(jiān)測(cè)。
[0031]本發(fā)明在電壓監(jiān)測(cè)儀CPU處理器13中嵌入了國(guó)家密碼管理局認(rèn)可的SM2、SM4混合改進(jìn)加密算法，既保證了監(jiān)測(cè)電壓數(shù)據(jù)的安全，又提高了電壓數(shù)據(jù)加、解密速度，從而實(shí)現(xiàn)了智能電網(wǎng)數(shù)據(jù)安全、高效、快捷的傳輸。
[0032]以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的基于混合改進(jìn)加密算法的電壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的工作過(guò)程進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0033]首先，單片機(jī)、電壓監(jiān)測(cè)模塊以及GPRS通信模塊初始化;接著需要被監(jiān)測(cè)的電壓數(shù)據(jù)通過(guò)電壓監(jiān)測(cè)模塊11進(jìn)行有效采樣并傳輸給⑶U處理器13，再經(jīng)過(guò)CPU處理器13中SM2、SM4混合改進(jìn)加密技術(shù)處理后通過(guò)GPRS通信模塊12傳輸給上位機(jī)服務(wù)器20。上位機(jī)服務(wù)器20結(jié)合網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)負(fù)責(zé)接收、顯示和存儲(chǔ)各個(gè)被網(wǎng)絡(luò)型電壓監(jiān)測(cè)儀采集的電壓數(shù)據(jù)，并判斷各區(qū)域電網(wǎng)的工作狀態(tài)。
[0034]本發(fā)明中CPU處理器13中SM2、SM4混合改進(jìn)加密算法實(shí)現(xiàn)的具體流程如圖3所示。I).隨機(jī)生成SM4密鑰key;
[0035]2).采用SM4算法對(duì)電壓數(shù)據(jù)進(jìn)行加密得到密文Μ’ ；
[0036]3).采用SM2算法對(duì)密鑰key進(jìn)行加密得到key’ ；
[0037]4).通過(guò)GPRS無(wú)線傳輸將密文Μ’和key’傳輸給上位機(jī)服務(wù)器20;
[0038]5).采用SM2算法對(duì)key’進(jìn)行解密得到SM4的密鑰key;
[0039]6).采用SM4算法對(duì)密文Μ’進(jìn)行解密得到原始監(jiān)測(cè)的電壓數(shù)據(jù)；
[0040]在本實(shí)施方法中，在所述基于SM2、SM4混合改進(jìn)加密算法的網(wǎng)絡(luò)型電壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，大量的主體明文數(shù)據(jù)采用加密速度極快的SM4算法進(jìn)行加密得到密文，再利用SM2算法來(lái)對(duì)SM4算法的密鑰進(jìn)行加密并和密文一起傳輸，以此來(lái)避免復(fù)雜的SM4密鑰管理。這即保證了監(jiān)測(cè)電壓數(shù)據(jù)的安全，又提高了電壓數(shù)據(jù)加、解密的速度，從而實(shí)現(xiàn)了智能電網(wǎng)電壓數(shù)據(jù)的安全、高效、快捷地傳輸。本發(fā)明具有降低生產(chǎn)成本、提高效率、使用方便的優(yōu)勢(shì)，可以廣泛應(yīng)用于電網(wǎng)電壓監(jiān)測(cè)領(lǐng)域。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于混合加密算法的網(wǎng)絡(luò)型電壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括網(wǎng)絡(luò)型電壓監(jiān)測(cè)儀和上位機(jī)服務(wù)器，其特征在于:所述網(wǎng)絡(luò)型電壓監(jiān)測(cè)儀包括CPU處理器、電壓監(jiān)測(cè)模塊、存儲(chǔ)器、時(shí)鐘、顯示、鍵盤、電源、GPRS通訊模塊，所述電壓監(jiān)測(cè)模塊、存儲(chǔ)器、時(shí)鐘、顯示、鍵盤、電源、GPRS通訊模塊分別與CPU直接連接;需要被監(jiān)測(cè)的電壓數(shù)據(jù)先通過(guò)電壓監(jiān)測(cè)模塊進(jìn)行有效采樣并傳輸給CPU處理器，再經(jīng)過(guò)CPU處理器中內(nèi)嵌的SM2、SM4混合改進(jìn)加密技術(shù)處理后通過(guò)GPRS通信模塊傳輸給上位機(jī)服務(wù)器，以實(shí)現(xiàn)對(duì)智能電網(wǎng)電壓數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)管理； 所述上位機(jī)服務(wù)器包括上位機(jī)模塊和網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)模塊，網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)與上位機(jī)模塊直接連接，上位機(jī)模塊接收由網(wǎng)絡(luò)型電壓監(jiān)測(cè)儀通過(guò)GPRS通信模塊傳輸?shù)臄?shù)據(jù)； 所述電壓監(jiān)測(cè)模塊包括電壓采集模塊和電壓轉(zhuǎn)換模塊； 所述CRJ處理器模塊包括單片機(jī)MCU或嵌入式單片機(jī)系統(tǒng)； 所述存儲(chǔ)器與CHJ處理器連接，用于存儲(chǔ)所述監(jiān)測(cè)到的電壓數(shù)據(jù)； 所述GPRS通信模塊采用的是FLYSCALE公司生產(chǎn)的FLY280通信模塊，該模塊基于CMOS技術(shù)，采用GPRS無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸方式； 所述上位機(jī)PC包括上位機(jī)軟件和網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于混合加密算法的網(wǎng)絡(luò)型電壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:所述網(wǎng)絡(luò)型電壓監(jiān)測(cè)儀中的CPU處理器內(nèi)嵌有由國(guó)家密碼管理局認(rèn)可的SM2、SM4混合改進(jìn)加密算法。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于混合加密算法的網(wǎng)絡(luò)型電壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:所述SM2、SM4混合改進(jìn)加密算法包括以下步驟: 步驟一，隨機(jī)生成SM4密鑰key ； 步驟二，采用SM4算法對(duì)電壓數(shù)據(jù)進(jìn)行加密得到密文Μ’； 步驟三，采用SM2算法對(duì)密鑰key進(jìn)行加密得到key’ ； 步驟四，通過(guò)GPRS通信模塊將密文M ’和key ’傳輸給上位機(jī)服務(wù)器； 步驟五，采用SM2算法對(duì)key，進(jìn)行解密得到SM4的密鑰key ； 步驟六，采用SM4算法對(duì)密文Μ’進(jìn)行解密得到原始監(jiān)測(cè)的電壓數(shù)據(jù)。
【文檔編號(hào)】H02J13/00GK105915509SQ201610221467
【公開日】2016年8月31日
【申請(qǐng)日】2016年4月11日
【發(fā)明人】丁佳莉, 潘天紅, 李正明
【申請(qǐng)人】江蘇大學(xué)