一種增強智能變電站ied安全性的裝置的制造方法
【技術領域】
[0001 ]本發明涉及一種增強智能變電站IED安全性的裝置。
【背景技術】
[0002]智能電子設備(IED)的應用能夠顯著提高變電站的智能化程度，明顯減少敷設電纜和輔助裝置的數量，降低成本，提高整個變電站的運行和維護水平，因此IED越來越多地應用于變電站中的保護、控制和測量領域。
[0003]以太網經過多年的發展，已大量應用到工業、控制領域，以太網有足夠的帶寬，完全能夠滿足電力系統中實時性的要求，目前以太網已成為實現IEC 61850標準的主流網絡，底層通信協議選用廣泛使用的TCP/IP協議棧。但是不僅IEC 61850中不包含任何安全措施，TCP/IP協議本身也存在安全漏洞。
[0004]IEC 62351——電力系統管理及其信息交換數據和通信安全標準規定了使用傳輸層安全協議TLS為包括TCP/IP的任何協議集提供安全。TLS—般用于Internet的安全交互，包括認證、機密性和完整性。
[0005]IEC 61850——變電站通信網絡和系統規定了智能變電站的分層結構，其中，過程層IED快速傳送包含電流、電壓模擬量的采樣值報文(SMV)給間隔層的IED，間隔層之間、間隔層與變電站層、間隔層與過程層之間的IH)快速傳輸通用面向對象變電站事件(GOOSE)報文，用于實現緊急跳閘、啟動故障錄波、啟動閉鎖解鎖等，所以SMV/G00SE報文對實時性、可靠性和安全性的要求很高。
[0006]目前電力系統中大多使用公鑰加密算法RSA作為密鑰交換算法或數字簽名算法，考慮到隨著分解大整數方法的進步及完善、計算機速度的提高以及并行計算技術的發展，為了保證安全性，RSA所需用的密鑰越來越長，加密耗時已經不能忍受，而橢圓曲線密碼算法ECC能以更小的密鑰長度來產生與其他公鑰密碼算法相同等級的安全性，即ECC能夠提供比RSA更高的安全性而耗時更小。
[0007]國密算法是在我國境內通用的商用密碼算法，由國家密碼管理局編制并公開，其中包括基于橢圓曲線ECC的非對稱機密算法SM2、數據摘要算法SM3、對稱加密算法SM4等。
[0008]因此，需要一種增強智能變電站IED安全性的裝置以解決上述問題。
【發明內容】
[0009]發明目的:本發明針對現有技術的缺陷，提供一種的增強智能變電站IED安全性的
目.ο
[0010]技術方案:為解決上述技術問題，本發明的增強智能變電站IED安全性的裝置采用如下技術方案:
一種增強智能變電站KD安全性的裝置，變電站IED包括發送端IED和接收端IED，包括TLS安全通道、數字簽名模塊和驗證數字簽名模塊，所述的TLS安全通道包括TLS模塊，利用所述TLS模塊建立所述TLS安全通道，所述發送端IED和接收端IED均通過所述TLS安全通道連接變電站站控計算機;所述發送端IED通過所述數字簽名模塊對GOOSE/SMV報文計算消息摘要，將所述消息摘要加密后作為擴展字段增加到G00SE/SMV報文的后端，得到擴展的G00SE/SMV報文;接收端IED收到擴展的G00SE/SMV報文后，所述驗證數字簽名模塊將所述擴展的G00SE/SMV報文分為原始G00SE/SMV報文和數字簽名，利用原始G00SE/SMV報文和數字簽名分別計算得到報文摘要Ml和報文摘要M2，比較報文摘要Ml和報文摘要M2，如果不一致則為不安全的KD發送來的報文，拋棄這段報文并告警變電站站控計算機處理;如果一致則報文是由可信IED發出，接收端IED根據報文內容執行報文命令。
[0011]更進一步的，所述數字簽名模塊包括SM3報文摘要計算單元A、SM3報文摘要生成單元A、SM2私鑰加密單元、數字簽名生成單元、擴展的G0DSE/SMV報文生成單元和傳輸單元A，所述SM3算法對G00SE/SMV報文進行消息摘要計算，所述SM3報文摘要生成單元A用于生成128位的SM3消息摘要，所述SM2私鑰加密單元使用發送端IED的SM2私鑰對所述SM3消息摘要進行加密，所述數字簽名生成單元中生成數字簽名，所述擴展的G00SE/SMV報文生成單元將數字簽名作為擴展字段增加到G00SE/SMV報文的后端，得到擴展的G00SE/SMV報文，所述傳輸單元A將所述擴展的G00SE/SMV報文發送給接收端IED。
[0012]更進一步的，所述數字簽名驗證模塊包括傳輸單元B、SM3報文摘要計算單元B、報文摘要生成單元B、SM2公鑰解密單元、報文摘要生成單元C、比較單元、執行單元和告警單元，所述傳輸單元B接收所述傳輸單元A發送來的所述擴展的G00SE/SMV報文，并將所述擴展的G00SE/SMV報文分為原始G00SE/SMV報文和數字簽名，所述SM3報文摘要計算單元B對接收到的原始G00SE/SMV報文采用SM3算法計算消息摘要，所述報文摘要生成單元B利用消息摘要得到256位的報文摘要Ml;所述SM2公鑰解密單元利用接收端IED的SM2公鑰，對數字簽名進行解密，得到解密信息，所述報文摘要生成單元C利用解密信息生成報文摘要M2，所述比較單元用于對報文摘要Ml和報文摘要M2進行比較，如果報文摘要Ml和報文摘要M2相同，則進入執行單元，接收端IED執行G00SE/SMV報文中的相應命令;如果報文摘要Ml和報文摘要M2不相同，則進入告警單元。
[0013]更進一步的，所述TLS安全通道包括長連接工作模式和短連接工作模式，其中，所述短連接工作模式為IED和變電站站控計算機之間定期更新并交換密鑰，進行一次完整的TLS握手認證過程;所述長連接工作模式為根據協商好的密鑰和TLS會話參數保持已經建立好的TLS連接。從智能變電站通信的特點出發，最大程度的保證了快速報文的實時性，是一種兼具安全性和實時性的新型安全性增強結構。
[0014]有益效果:本發明的增強智能變電站IED安全性的裝置大大改善了目前智能變電站內存在的嚴重的信息安全問題。本發明所述的增強智能變電站IED安全性的裝置的實現對不斷提高我國智能變電站通信安全水平、保證國家利益以及我國自主密碼算法的推廣應用，具有廣泛的現實意義。
【附圖說明】
[0015]圖1為本發明的增強智能變電站IED安全性的裝置示意圖；
圖2為數字簽名模塊和擴展的G00SE/SMV報文結構示意圖；
圖3為驗證數字簽名模塊示意圖。
【具體實施方式】
[0016]下面結合附圖和具體實施例，進一步闡明本發明，應理解這些實施例僅用于說明本發明而不用于限制本發明的范圍，在閱讀了本發明之后，本領域技術人員對本發明的各種等價形式的修改均落于本申請所附權利要求所限定的范圍。
[0017]請參閱圖1、圖2和圖3所示，本發明提供的增強智能變電站IED安全性的方法，可以解決智能變電站內IED與變電站計算機之間、IED與IED之間數據傳輸的安全性問題，保障智能變電站通信網絡的機密性、完整性、可用性和不可抵賴性，上述智能變電站IED的新型安全性增強結構如圖1所示，包括TLS通道、數字簽名模塊和驗證數字簽名模塊，的TLS安全通道包括TLS模塊，在IED端由TLS模塊完成TLS安全通道的建立和維護。
[0018]本發明提供的增強智能變電站IED安全性的方法，適合智能變電站主站內的安全通信應用場景，涉及IED接入的確定性和安全性、防止未經認證的IED接入智能變電站通信網絡、G00SE/SMV報文的保密通信，還從智能變電站通信的特點出發，最大程度的保證快速報文的實時性，是一種兼具安全性和實時性的新型IED。
[0019]國密算法是在我國境內通用的商用密碼算法，由國家密碼管理局編制并公開，其中包括基于橢圓曲線ECC的非對稱機密算法SM2、數據摘要算法SM3、對稱加密算法SM4等。橢圓曲線密碼算法能以更小的密鑰長度來產生與其他公鑰密碼算法相同等級的安全性，SM2算法256位密鑰的安全等級相當于RSA算法2048位的安全等級，即SM2能夠提供比RSA更高的安全性而耗時更小。
[0020]本發明提供的增強智能變電站IED安全性的方法，還包括如圖2所示的數字簽名模塊和如圖3所示的驗證數字簽名模塊。發送端IED通過數字簽名模塊對G00SE/SMV報文計算消息摘要，將這段摘要加密后作為擴展字段增加到G00SE/SMV報文的后端。接收端IED收到擴展的G00SE/SMV報文后，通過驗證數字簽名模塊比較本端計算的消息摘要和解密后對端發送的消息摘要值是否一致，不一致則為不安全的KD發送來的報文，拋棄這段報文并告