CN105915514B - 计量用合并单元加密验证装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及计量用合并单元加密验证装置及方法，包括与计量用合并单元的输出端相连的SV报文解析模块、与所述SV报文解析模块相连的数据处理模块、与所述数据处理模块相连的协议转换模块以及与所述数据处理模块相连的加密卡，其中所述协议转换模块与所述计量用合并单元的输入端相连。本发明验证计量用合并单元内部加密数据是否被调用，验证加密机制，防止计量用合并单元内部数据被修改，保证了计量用合并单元计量的准确性和公正性。
Description
技术领域
本发明涉及电力设备加密技术领域，尤其是指一种计量用合并单元加密验证装置及方法。
背景技术
合并单元（Merging Unit，MU）对一次互感器传输过来的电气量进行合并和同步处理，并将处理后的数字信号按照特定格式转发给间隔层设备使用的装置。合并单元是电子式电流、电压互感器的接口装置，在一定程度上实现了过程层数据的共享和数字化，它作为遵循IEC61850标准的数字化变电站间隔层、站控层设备的数据来源，作用十分重要。随着数字化变电站自动化技术的推广和工程建设，对合并单元的功能和性能要求越来越高。
由于合并单元或计量用合并单元的内部核心数据可更改，经过计量校准机构校准后的合并单元或计量用合并单元的误差可随意更改，直接影响到仪器测量的精度，导致量值不能准确传递，同时计量数据采用明文传输有较大的风险。因此在合并单元或计量用合并单元的内部增加数字加密技术，在没有合法授权的情况下，合并单元的厂家或个人无权修改合并单元内的误差模型参数，防止其误差模型参数被人为修改导致误差的改变。为了验证数字加密技术的可靠性和适用性，本发明提出计量用合并单元加密验证装置及方法，它能授权计量用合并单元内部误差模型参数更改权限，并能检验加密的误差模型参数是否被计量用合并单元调用，以及实现相关的秘钥发行、授权管理及秘钥交换等功能。
发明内容
为此，本发明所要解决的技术问题在于如何提供一种授权计量用合并单元内部核心数据更改权限，并能检验加密的核心数据是否被计量用合并单元调用，以及实现相关的秘钥发行、授权管理及秘钥交换等功能的计量用合并单元加密验证装置及方法。
为解决上述技术问题，本发明的一种计量用合并单元加密验证装置，包括与计量用合并单元的输出端相连的SV报文解析模块、与所述SV报文解析模块相连的数据处理模块、与所述数据处理模块相连的协议转换模块以及与所述数据处理模块相连的加密卡，其中所述协议转换模块与所述计量用合并单元的输入端相连，所述数据处理模块通过协议转换模块和SV报文解析模块与所述计量用合并单元建立连接后，所述数据处理模块与所述计量用合并单元进行密钥交换，实现参数修改授权，所述数据处理模块读取所述计量用合并单元内部误差模型参数值，所述计量用合并单元输出SV报文信号，所述SV报文解析模块接收所述计量用合并单元输出的SV报文信号并解析所述SV报文信号，所述数据处理模块用于接收解析后的SV报文信号，并根据解析后的SV报文信号计算误差模型参数值，改变误差模型中的任意参数值，且对所述参数值进行加密，并通过所述协议转换模块发送给所述计量用合并单元进行保存，所述SV报文解析模块再次接收所述计量用合并单元输出的SV报文信号并解析所述SV报文信号，所述数据处理模块再次接收解析后的SV报文信号，并根据加密前以及加密后误差模型参数值和计量用合并单元输出的SV报文信号综合判断所述计量用合并单元是否调用加密的误差模型参数值。
在本发明的一个实施例中，所述SV报文解析模块采用32位单片机，且所述32位单片机外置有网口芯片，用于接收所述计量用合并单元输出的SV报文。
在本发明的一个实施例中，所述SV报文包含一次侧互感器的电气量采样值。
在本发明的一个实施例中，所述数据处理模块包括CPU模块，所述CPU模块接收所述SV报文解析模块的输出信号，所述输出信号包括一次侧互感器的电气量采样值。
在本发明的一个实施例中，所述协议转换模块采用接口协议转换器，所述接口协议转换器与所述计量用合并单元的输入端相连。
在本发明的一个实施例中，所述加密卡包括ESAM安全模块，在所述ESAM安全模块中配置有加密芯片和存储器。
在本发明的一个实施例中，还包括用于显示一次侧互感器的电气量采样值和该电气量采样值误差的人机交互模块，且所述人机交互模块与所述数据处理模块连接。
本发明还提供了一种计量用合并单元加密验证方法，根据前述的计量用合并单元加密验证装置对计量用合并单元进行加密验证，其步骤如下：步骤S1：数据处理模块通过协议转换模块和SV报文解析模块与计量用合并单元建立连接后，所述数据处理模块与所述计量用合并单元进行密钥交换，实现参数修改授权，所述数据处理模块读取所述计量用合并单元内部误差模型参数值，所述计量用合并单元输出SV报文信号；步骤S2：SV报文解析模块接收所述计量用合并单元输出的SV报文信号并解析所述SV报文信号；步骤S3：所述数据处理模块用于接收解析后的SV报文信号，并根据解析后的SV报文信号计算误差模型参数值，改变误差模型中的任意参数值，且对所述参数值进行加密，并通过所述协议转换模块发送给所述计量用合并单元进行保存；步骤S4：所述SV报文解析模块再次接收所述计量用合并单元输出的SV报文信号并解析所述SV报文信号；步骤S5：所述数据处理模块再次接收解析后的SV报文信号，并根据加密前以及加密后误差模型参数值和计量用合并单元输出的SV报文信号综合判断所述计量用合并单元是否调用加密的误差模型参数值。
在本发明的一个实施例中，所述误差模型参数值以及最终判定结果通过人机交互模块显示读取。
本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：
本发明计量用合并单元加密验证装置及方法，应用于电力系统的数字计量系统中，授权计量用合并单元内部误差模型参数更改权限，并能检验加密的误差模型参数值是否被计量用合并单元调用，以及实现相关的秘钥发行、授权管理及秘钥交换等功能，保证了计量用合并单元计量的准确性和公正性，为加快数字计量系统的建设奠定基础。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中
图1是本发明所述计量用合并单元加密验证装置的连接示意图。
具体实施方式
实施例一：
请参考图1所示，本实施例提供一种计量用合并单元加密验证装置，包括与计量用合并单元10的输出端相连的SV报文解析模块11、与所述SV报文解析模块11相连的数据处理模块12、与所述数据处理模块12相连的协议转换模块13以及与所述数据处理模块12相连的加密卡14，其中所述协议转换模块13与所述计量用合并单元10的输入端相连。
上述是本发明所述的核心技术领域，本发明所述计量用合并单元加密验证装置，包括SV报文解析模块11、数据处理模块12、协议转换模块13以及加密卡14，其中，所述计量用合并单元10的输出端与所述SV报文解析模块11相连，所述SV报文解析模块11用于接收所述计量用合并单元10输出的SV报文并解析所述SV报文，所述SV报文解析模块11与所述数据处理模块12相连，所述SV报文解析模块11将解析后的SV报文发送至所述数据处理模块12，所述数据处理模块12用于接收解析后的SV报文，并根据解析后的SV报文计算误差模型参数值，所述数据处理模块12与所述加密卡14相连，所述加密卡14用于接收所述数据处理模块12发送的误差模型参数值并对所述参数值进行加密，并将加密后的误差模型参数值返回至所述数据处理模块12内，所述数据处理模块12与所述协议转换模块13相连，所述数据处理模块12将加密后的误差模型参数值发送至所述协议转换模块13，所述协议转换模块13与所述计量用合并单元10的输入端相连，所述协议转换模块13将加密后的误差模型参数值转换为符合所述计量用合并单元10通讯协议格式的FT3报文，并将该FT3报文发送至所述计量用合并单元10，且所述加密卡14对接收到的FT3报文进行解密，得到参数值，从而检验加密的误差模型参数值是否被计量用合并单元调用，并能授权计量用合并单元内部加密的误差模型参数更改权限，以及实现相关的秘钥发行、授权管理及秘钥交换等功能，防止计量用合并单元的厂家或者用户随意修改计量用合并单元内的误差模型参数，有利于保证计量用合并单元计量的准确性和公正性，为加快数字计量系统的建设奠定基础。
所述SV报文解析模块11采用32位单片机，且所述32位单片机外置有网口芯片，用于接收所述计量用合并单元10输出的SV报文, 所述SV报文解析模块11与所述数据处理模块12相连，所述SV报文解析模块11将解析后的SV报文发送至所述数据处理模块12。本实施例中，所述SV报文包含一次侧互感器的电气量采样值。
所述数据处理模块12包括CPU模块，所述CPU模块接收所述SV报文解析模块的输出信号，所述输出信号包括一次侧互感器的电气量采样值，本实施例中技术人员依据实际工况要求计算电气量采样值的误差，所述数据处理模块12将该误差发送至所述协议转换模块13中。
所述加密卡14包括ESAM安全模块，在所述ESAM安全模块中配置有加密芯片和存储器，所述加密卡14接收所述数据处理模块12发送的误差模型参数值后，对该误差模型参数值进行加密或解密，所述存储器用于存储该参数值。
本实施例中，所述加密卡14采用ESAM安全模块作为硬件平台，其安全性能达到国际ITSECE4级标准，具有防检测，抗攻击和自毁的功能。具体地，所述ESAM安全模块是电力系统专用且具有加解密功能的安全芯片，能够支持SM1、SM2、SM3、SM4等算法，具有加密，解密，签名以及计算MAC和MAC验证等功能。所述ESAM安全模块同时是设备密钥的存储芯片，设备密钥通过国家电网用电信息采集密钥管理系统分发，设备存储的密钥数量与设备功能对应，通过对设备密钥的管理可以实现对设备权限的管理，因此所述ESAM安全模块能够保证传输数据的机密性和真实性。所述数据处理模块12将数据明文发送给所述ESAM模块，所述ESAM模块使用SM1算法对数据明文进行加密或计算MAC，并把加密后的密文或者计算出的MAC值返回给所述数据处理模块12。
所述协议转换模块13采用接口协议转换器，所述接口协议转换器与所述计量用合并单元10的输入端相连，所述接口协议转换器与所述计量用合并单元10进行通讯，并将加密后的误差转换为符合所述计量用合并单元10通讯协议格式的FT3报文，将该FT3报文发送至所述计量用合并单元10，且所述加密卡14对接收到的FT3报文进行解密，得到电气量采样值的误差，从而检验加密的误差模型参数是否被计量用合并单元调用，并能授权计量用合并单元内部核心数据更改权限，以及实现相关的秘钥发行、授权管理及秘钥交换等功能。
本实施例中，所述计量用合并单元加密验证装置还包括人机交互模块15，人机交互模块15用于显示一次侧互感器的电气量采样值和该电气量采样值的误差，其中所述人机交互模块15与所述数据处理模块12连接。
实施例二：
本实施例提供一种计量用合并单元加密验证方法，其步骤如下：步骤S1：数据处理模块12通过协议转换模块13与计量用合并单元10建立连接后，所述数据处理模块12与计量用合并单元10进行密钥交换，实现误差模型参数修改授权，所述数据处理模块12读取计量用合并单元10内部误差模型参数；步骤S2：SV报文解析模块11接收计量用合并单元10的输出信号；步骤S3：所述数据处理模块12改变所述误差模型中的任意参数，且完成数据加密，并通过所述协议转换模块13发送给计量用合并单元10进行保存；步骤S4：所述SV报文解析模块11再次接收计量用合并单元10的输出信号；步骤S5：所述数据处理模块12根据误差模型参数和计量用合并单元的输出信号综合判断计量用合并单元10是否调用加密的误差模型参数。
本实施例所述计量用合并单元加密验证方法，所述步骤S1中，所述数据处理模块12通过协议转换模块13与计量用合并单元10建立连接后，所述数据处理模块12与计量用合并单元10进行密钥交换，实现参数修改授权，并检验加密的可靠性，所述数据处理模块12读取计量用合并单元10内部误差模型参数；所述步骤S2中，所述SV报文解析模块11接收计量用合并单元10的输出信号，该输出信号包括一次侧互感器的电气量采样值；所述步骤S3中，所述数据处理模块12改变所述误差模型中的任意参数，且完成数据加密，形成加密后的误差模型参数，其中数据是通过送到加密卡14中完成数据的加密，并通过所述协议转换模块13发送给计量用合并单元10进行保存，并重启计量用合并单元10；所述步骤S4中，所述SV报文解析模块11再次接收计量用合并单元10的输出信号，所述输出信号包括一次侧互感器的电气量采样值；所述步骤S5中，所述数据处理模块12根据加密前以及加密后的误差模型参数，再结合一次侧互感器的电气量采样值的变化，综合判断计量用合并单元10是否调用加密的误差模型参数，从而检验加密的误差模型参数是否被计量用合并单元调用，并能授权计量用合并单元内部误差模型参数更改权限，以及实现相关的秘钥发行、授权管理及秘钥交换等功能，防止计量用合并单元的厂家或者用户随意修改计量用合并单元内的误差模型参数，有利于保证计量用合并单元计量的准确性和公正性，为加快数字计量系统的建设奠定基础。
本实施例中，所述误差模型参数、检测进度、一次侧互感器的电气量采样值以及最终判定结果通过人机交互模块15显示读取。
综上，本发明所述技术方案具有以下优点：
1.本发明所述计量用合并单元加密验证装置，包括SV报文解析模块、数据处理模块、协议转换模块以及加密卡，其中，所述计量用合并单元的输出端与所述SV报文解析模块相连，所述SV报文解析模块用于接收所述计量用合并单元输出的SV报文并解析所述SV报文，所述SV报文解析模块与所述数据处理模块相连，所述SV报文解析模块将解析后的SV报文发送至所述数据处理模块，所述数据处理模块用于接收解析后的SV报文，并根据解析后的SV报文计算误差模型参数，所述数据处理模块与所述加密卡相连，所述加密卡用于接收所述数据处理模块发送的误差模型参数并对所述误差模型参数进行加密，并将加密后的误差模型参数返回至所述数据处理模块内，所述数据处理模块与所述协议转换模块相连，所述数据处理模块将加密后的误差模型参数发送至所述协议转换模块，所述协议转换模块与所述计量用合并单元的输入端相连，所述协议转换模块将加密后的误差模型参数转换为符合所述计量用合并单元通讯协议格式的FT3报文，并将该FT3报文发送至所述计量用合并单元，且所述加密卡对接收到的FT3报文进行解密，得到误差模型参数，从而防止计量用合并单元的厂家或者用户随意修改计量用合并单元内的误差模型参数，有利于保证计量用合并单元计量的准确性和公正性，为加快数字计量系统的建设奠定基础。
2.本发明所述计量用合并单元加密验证装置，所述加密卡采用ESAM安全模块作为硬件平台，其安全性能达到国际ITSECE4级标准，具有防检测，抗攻击和自毁的功能。具体地，所述ESAM安全模块是电力系统专用且具有加解密功能的安全芯片，能够支持SM1、SM2、SM3、SM4等算法，具有加密，解密，签名以及计算MAC和MAC验证等功能。
3. 本发明所述计量用合并单元加密验证方法，可以实现检验加密的误差模型参数是否被计量用合并单元调用，并能授权计量用合并单元内部误差模型参数更改权限，以及实现相关的秘钥发行、授权管理及秘钥交换等功能，防止计量用合并单元的厂家或者用户随意修改计量用合并单元内的误差模型参数，有利于保证计量用合并单元计量的准确性和公正性，为加快数字计量系统的建设奠定基础。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (9)
1.一种计量用合并单元加密验证装置，其特征在于：包括与计量用合并单元的输出端相连的SV报文解析模块、与所述SV报文解析模块相连的数据处理模块、与所述数据处理模块相连的协议转换模块以及与所述数据处理模块相连的加密卡，其中所述协议转换模块与所述计量用合并单元的输入端相连，所述数据处理模块通过协议转换模块和SV报文解析模块与所述计量用合并单元建立连接后，所述数据处理模块与所述计量用合并单元进行密钥交换，实现参数修改授权，所述数据处理模块读取所述计量用合并单元内部误差模型参数值，所述计量用合并单元输出SV报文信号，所述SV报文解析模块接收所述计量用合并单元输出的SV报文信号并解析所述SV报文信号，所述数据处理模块用于接收解析后的SV报文信号，并根据解析后的SV报文信号计算误差模型参数值，改变误差模型中的任意参数值，且对所述参数值进行加密，并通过所述协议转换模块发送给所述计量用合并单元进行保存，所述SV报文解析模块再次接收所述计量用合并单元输出的SV报文信号并解析所述SV报文信号，所述数据处理模块再次接收解析后的SV报文信号，并根据加密前以及加密后误差模型参数值和计量用合并单元输出的SV报文信号综合判断所述计量用合并单元是否调用加密的误差模型参数值。
2.根据权利要求1所述的计量用合并单元加密验证装置，其特征在于：所述SV报文解析模块采用32位单片机，且所述32位单片机外置有网口芯片，用于接收所述计量用合并单元输出的SV报文。
3.根据权利要求2所述的计量用合并单元加密验证装置，其特征在于：所述SV报文包含一次侧互感器的电气量采样值。
4.根据权利要求3所述的计量用合并单元加密验证装置，其特征在于：所述数据处理模块包括CPU模块，所述CPU模块接收所述SV报文解析模块的输出信号，所述输出信号包括一次侧互感器的电气量采样值。
5.根据权利要求1所述的计量用合并单元加密验证装置，其特征在于：所述协议转换模块采用接口协议转换器，所述接口协议转换器与所述计量用合并单元的输入端相连。
6.根据权利要求1所述的计量用合并单元加密验证装置，其特征在于：所述加密卡包括ESAM安全模块，在所述ESAM安全模块中配置有加密芯片和存储器。
7.根据权利要求1所述的计量用合并单元加密验证装置，其特征在于：还包括用于显示一次侧互感器的电气量采样值和该电气量采样值误差的人机交互模块，且所述人机交互模块与所述数据处理模块连接。
8.一种计量用合并单元加密验证方法，根据权利要求1-7中任意一项所述的计量用合并单元加密验证装置对计量用合并单元进行加密验证，其特征在于，步骤如下：
步骤S1：数据处理模块通过协议转换模块和SV报文解析模块与计量用合并单元建立连接后，所述数据处理模块与所述计量用合并单元进行密钥交换，实现参数修改授权，所述数据处理模块读取所述计量用合并单元内部误差模型参数值，所述计量用合并单元输出SV报文信号；
步骤S2：SV报文解析模块接收所述计量用合并单元输出的SV报文信号并解析所述SV报文信号；
步骤S3：所述数据处理模块用于接收解析后的SV报文信号，并根据解析后的SV报文信号计算误差模型参数值，改变误差模型中的任意参数值，且对所述参数值进行加密，并通过所述协议转换模块发送给所述计量用合并单元进行保存；
步骤S4：所述SV报文解析模块再次接收所述计量用合并单元输出的SV报文信号并解析所述SV报文信号；
步骤S5：所述数据处理模块再次接收解析后的SV报文信号，并根据加密前以及加密后误差模型参数值和计量用合并单元输出的SV报文信号综合判断所述计量用合并单元是否调用加密的误差模型参数值。
9.根据权利要求8所述计量用合并单元加密验证方法，其特征在于：所述误差模型参数值以及最终判定结果通过人机交互模块显示读取。
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