智能電能表安全防護技術探析

【文章摘要】
在智能電能表的發展過程中，對其信息傳輸安全方面的要求越來越高，只有保證了其數據存儲與傳輸的安全，才能實現它的基本功能。本文簡要介紹了智能電能表的基本工作原理，并探討了它的安全防護措施的基本要點。
【關鍵詞】
智能電表；數據存儲；信息安全
隨著電能計量產品的不斷發展，裝置變得越來越智能，而且對其計量的要求也在逐步的提高。當前的智能電能表已經不僅是一種計量儀器，而是還具備了更多先進的其他功能，比如信息的存儲和處理、信息之間的交換、對數據進行實時監控等。這些新的功能使得智能電能表在使用的過程中十分的方便，但是對其核心數據的存儲和傳輸，則提出了更高的要求，必須要保證其信息交換的安全性。下面主要對智能電能表的安全防護技術進行詳細的探究。
1 智能電能表的工作原理
智能電能表在使用的時候，將傳入的電壓、電流信號通過自身的傳感器裝置轉換為采樣信號，再通過濾波器將信號轉化為數字信號，這樣便于工作人員通過智能電能表對客戶用電數據的讀取，獲得電能的使用的詳細信息。
智能電能表的結構比較復雜，主要包括電壓或電流的采用電路、計量使用的芯片、微處理器、顯示模塊、控制模塊等，通過這些結構，最終實現了數據計量、傳輸和存儲。目前所使用的智能電能表均可以實現信息交互的功能，而且，在電能表的內部，是具有硬件芯片，這就需要增加了數據的加密、解密功能，對數據進行雙向驗證等功能，這些功能提高了智能電能表的安全性與可靠性。
2 危害智能電能表安全防護的途徑
2.1 截取信道中的數據
信息在傳輸的過程中是存在很大的危險性的，一些人通過非法的手段對傳輸中的數據進行盜取，最常用的一種方式就是當用戶在進行密碼驗證的時候，利用非法設備跟蹤并盜竊密碼，進而實施對數據的截取，這樣就能達到非法竊取數據的目的。
2.2 對傳輸中的數據進行復現
當通過不法手段獲取信息之后，往往要將數據進行特定的記錄，而不是直接進行破譯，在某些情況下，會將截取的信息發送到電能表，這樣就會對電能表中的數據進行改變，以達到不法的目的。
2.3 利用差分能耗分析法
目前，加密、解密的技術已經非常發達，有一種方法是通過分析電能表的功耗，然后利用密碼運算中泄露的能量信息，再結合比較復雜的密碼算法的計算， 最終將加密的信息截取，這種方法被稱為差分能耗分析法。該方法在數據的竊取中比較常用，而且竊取數據的速度較快，也很有效。
3 智能電能表安全防護的主要措施
3.1 對于時鐘數據的安全保護
時鐘的準確與否直接決定了智能電能表是否能夠進行準確的計量，當時鐘的數據發生變化時，將直接影響智能電能表的使用。對于智能電能表來說，它的時鐘與普通的時鐘是不同的，因為用電現場的環境是很復雜多變的，因此內置的時鐘必須采取硬件時鐘，該硬件時鐘在溫度發生驟然變化時，所得的誤差是十分小的，而且24 小時的誤差是小于0.45 秒的，該硬件時鐘使用的是晶體內置的工業級時鐘芯片，它的穩定性極強，受外界的影響很小，因此，能夠保證時鐘數據的穩定。
3.2 使用封印保護電能表
每個智能電能表在上表蓋以及接線端子蓋處都設有鉛封或封印，有了這些封印的保護，未經授權的人就不能隨便打開表蓋，對表內的數據以及程序進行更改， 這樣就能夠有效的保護電能表的安全。當電能表處于安全運行的狀態時，很容易觀察到封印是否有異動，而且這些封印能夠防偽，不會被仿造。
3.3 通過開蓋記錄保護電能表
當有些不法分子打開了封印，進入到電能表的內部，在表蓋內還有一個開蓋檢測電路，該電路能夠詳細的記錄開蓋的次數，以及開蓋事件發生的時刻、結束的時刻。通過這些數據的記錄，就能夠清楚的知道電能表什么時候被打開過，可以及時采取措施，也為解決電能糾紛提供了依據。
3.4 通過硬件編程開關保護電能表
每個電能表不僅具有編程開關，在編程開關上也設置了封印，這樣就能夠實施對電能表的權限管理，不是任何人都能夠打開編程開關的，因此，不是任何人都能實現對參數的修改、時鐘的修改，這樣就對電能表起到了很好的保護作用。
3.5 通過密碼驗證保護電能表
在電能表的內部具有密碼驗證的程序，只有密碼驗證成功后，才能對其進行數據修改的操作，這是一種比較常用的安全防護措施，也是比較有效的一種措施。目前經常使用的密碼驗證的方式是對密碼進行分級管理，根據不同的安全等級， 采取不同的密碼。當要對電能表進行程序更改時，首先需要打開編程開關，然后輸入正確的密碼，才能進行編程，當輸入密碼錯誤的次數超過三次，電能表就將自動鎖定，不能再進行任何操作。
3.6 通過數據加密保護電能表
數據加密技術是智能電能表安全防護技術的核心，它能夠對傳輸與存儲中的數據實施保護，防止數據被竊取和篡改。數據加密技術主要是通過一些變換的方法，將傳輸的數據改寫成一種密文，之后再對信息進行存儲和傳輸，這樣，一些沒有經過授權的人，是不能夠獲取數據信息的，這樣就保證了信息不能外漏，從而達到保護電能表數據的作用。
而數據加密技術的安全性高低主要取決于所采用的密碼算法和密鑰長度。目前涉及到的密碼算法比較多，主要包括序列密碼、分組密碼、公鑰密碼等，這些都能夠對數據進行保護，而智能電能表采用的是國密SM1 的算法，該算法的密鑰長度為128 比特，安全強度比較高，應用的范圍也比較廣。
3.7 采用安全認證的方式保護電能表
當外部的設備與智能電能表實施數據交換的時候，只有驗證了雙方的身份之后，才能夠進行數據的交換與傳輸。驗證時使用的密鑰只是參與相關的運算，不會隨著數據的傳輸進行傳輸，這樣就防止了在數據傳輸的過程中密鑰被竊取。另一方面，在加密運算時使用的密碼是隨機的， 即使不法分子獲取了密碼，在下次使用時密碼已經失效，這樣就增加了智能電能表的安全性能，防止了數據被竊取。
4 總結
對于智能電能表來說，它的安全防護技術是保證其正常工作的前提，只有對電能表數據的傳輸和存儲實施安全的防護措施，才能保證電能表正常的工作。因此， 要通過多種方式與手段，做好智能電能表的安全防護工作，達到有效的保護電能表的目的。
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