电力计量应用中电子标签信息的加密技术的研究

【摘要】：电力企业属于资产相对比较分散的产业部门，资产的使用地点和部门都相对比较多，企业内部的结构复杂，而且覆盖的地域面积相对比较大。由于电力企业的资产数量多，同时设备的更新比较快，所以对电力资产管理提出了新的要求。电子标签具有一系列优异的特性，在电力计量管理工作发挥着中发挥着重要的作用。对于RFID电子标签系统在电力计量管理中的信息安全问题成为了影响其应用的关键问题，加强电子标签的信息加密研究对电力企业的计量管理工作具有重要的意义。

【关键词】：电力计量管理；RFID电子标签；信息加密；分析

RFID即Radio Frequency Identification，是无线射频识别技术的简称，是一种非接触式的自动识别技术。RFID技术可以通过射频信号自动的识别目标并且获得相关的数据，可以排除人工干预的影响，对环境的适应性非常强，在恶劣的环境中也可以发挥良好的效果。随着RFID技术的快速发展，在电力资产管理、身份证、物流系统、电子物品监视等方面得到了非常广泛的应用。

     一、电子标签在电力计量中的应用

随着我国智能电网的快速发展，对于智能电网的资产管理带来了新的问题和挑战。随着RFID电子标签技术的快速发展，在电力企业的资产管理、资产状态监测、电力计量管理等方面得到了比较广泛的应用。在电力企业中应用RFID电子标签技术可以大大的提高电力企业的资产管理的效率，可以避免发生企业资源的浪费，有效的降低了企业的运行成本，从而提高了电力企业的经济效益。

RFID技术主要由电子标签、天线、阅读器三个部分组成。其中电子标签主要是一种以低功耗的处理器为核心的传感器，包含了集成电路芯片和无线电磁耦合元件，每个电子标签都有唯一一个可以用来识别的数据代码；天线是用来发送电子标签和阅读器之间的电磁信号，不同的产品其形式也相应的不同；阅读器是用来读取和写入电子标签数据的装置，按照形式可以分为固定式和手持式，按照其工作的频率可以分为低频、高频、超高频多个频段，不同的频率其工作的效率都不相同，在实际应用中可以根据需要来选择合适的频率[1]。RFID电子标签的工作原理是通过射频天线发送射频信号，电子标签在接收到信号时会产生感应电流，可以将其编码信息通过内部的天线发送到外部的空间中，当系统接收到电子标签发送的信号后，经过一定的通道传递个阅读器，阅读器对接收的载波信号进行调解码工作，然后在传递给相关系统进行处理，系统通过其设定的计算方法对电子标签的合法性进行分析，然后按照设定的程序对数据进行控制和处理，例如发出相关的命令而控制相关设备的工作状态。

电子标签在电力计量中的应用主要表现在以下几个方面：（1）对于新增设备的管理，对企业中新采购的设备贴上RFID电子标签，在企业的档案库中建立电子标签的信息档案，方便了电力企业的后期管理。对于后期的退换和维修来说，通过查阅电子标签中的信息，可以自动处理和判断设备的运行状态，对电力资产实现了实时跟踪管理[2]。通过查阅RFID电子标签上的信息，然后通过从网络或者终端上下载相关设备的信息，再和企业基站中设备的信息进行比较，对于数据不符的情况进行相关处理，可以使电力企业准确的掌握好电力资产的盈亏情况。最后再把相关的数据传递给企业的管理系统，不断的更新企业数据库中的资产信息。（2）由于RFID电子标签中含有一个相对小型的数据库，其中包含了设备的信息和运行方式，通过读取电子标签中的信息可以得到电力计量相关的信息。RFID电子标签还具有自动重置和线路的巡视功能，可以记录电力工作人员的巡视时间、记录结果，并且把这些信息和企业的管理系统进行联系[3]。通过自动的识别设备，有效的控制计量工作人员的巡检效率。RFID电子标签管理系统可以对工作人员的信息、资产的变化、巡检信息进行自动的收集，然后把这些数据通过RFID电子标签终端传递给企业的资产管理系统，可以使管理人员及时的掌握电力资产的完成和调拨的情况，对电力企业的日常运行和管理进行监督，提高企业的工作效率[4]。

二、RFID电子标签信息加密的研究和分析

电力计量对电力企业的运行具有重要的意义，它是企业进行资产回收的重要手段，其信息的准确性受到了电力企业的关注，其中电子标签的信息安全成为了影响RFID电子标签应用的重要因素。

RFID系统主要由三个部分组成，电子标签、射频阅读器、后台电脑，在企业的生产和管理中得到了比较广泛的应用。但是由于信息安全的困扰，影响了其普及应用，RFID系统在应用中容易出现的信息安全问题主要在电子标签、数据、网络三个层面。在对RFID电子标签加密的技术中已经出现了不少可以应用的方案，例如MIKOH安全方案、EPCglobal UHF第二代协议、RSA“软阻塞器”安全方案、Columbitech安全方案等[5]。基于混沌原理的RFID电子标签信息机密算法具有一系列的优点，例如非周期性、表面伪随机性、相关特性、长期不可预测性等优点，在信息安全的防护方面具有独特的优势，把混沌加密技术和RFID电子标签的信息保护相结合可以有效的提高其系统的安全性。

   对于RFID电子标签系统的信息安全主要是保证电子标签上的数据在和阅读器的信息传递过程中不被非法的窃取，同时电子标签上的数据能够不被非法的读取和篡改。电子标签使的数据可以分为数据存储区域和读写控制区域，电子标签和阅读器之间的信息传递过程可以划分为写入操作和读出操作[6]。每个电子标签和其终端的系统自己都有一个共享的读写控制密钥，阅读器发出一个写控制的命令使电子密码进行写操作，然后再发出和电子标签共享的密钥，电子标签收到密钥后经过Hash函数计算后和其原始的Hash值进行比较。如果二者之间的数值一样，电子标签进行自动解锁并且回复阅读器进入写状态，任何阅读器进行写操作，把数据写到电子标签中；如果二者之间的信息不一致，则电子标签不进行任何操作。用户可以根据自己的需要进行写操作时，需要输入用户自己可以识别的相关操作的关键字。阅读器发出通知电子标签进行读操作后，阅读器再发送读操作的关键字，电子标签在接收到和系统一致的关键字后，开始执行阅读器的命令，向阅读器传递自己的数据。电子标签只能在接收到和系统一致的信息时才能执行阅读器的魅力，对于非法的阅读器命令，电子标签不会执行，所以非法的阅读器也就不能够获得任何的电子标签的信息。在实际使用的过程中，生产厂家会把电子标签上的密钥和系列号信息一起交给客户，当用户需要向电子标签写入数据时，可以根据个人的需要确定一个关键字，然后这些信息经过一系列的函数计算，当电子标签写状态准备好后，加密过的数据就传递给电子标签进行存储。当客户在读取电子标签上的数据时，阅读器会发出读操作的关键字的同时进行赋值，电子标签在受到合法的关键字后向阅读器传递自己的数据并且在阅读器中进行存储，阅读器得到电子标签的序列号的相关信息后和之前的相关数据进行函数计算，然后把传递的数据和函数计算的结果进行比较进而进行相关的操作，最后得到正确的数据[7]。

  混沌加密算法是在电子标签向RFID系统传递数据之前，将该数据中的离散混沌系列进行加密，然后把从电子标签中得到数据也进行同样的技术解密，然后在电脑中进行相关的后期处理。对于电子标签的收发装置和接口来说，它们在进行数据处理时数据已经结构混沌加密了。其他人不能够了解阅读器的内部信息和信息加密方法的情况下，就是能够非法得到电子标签中的数据也难以进行相关的还原，也就不能得到原始的正确信息，从而保护了电子标签中的信息安全[8]。在使用混沌加密方法时，混沌序列发生器是其中的关键设备，其中含有相关的函数映射方法，不同的映射方法也就产生不同的加密算法。将需要写入电子标签中的信息经过离散混沌序列发生器加密后再写入到电子标签中，可以有效的提高电子标签中数据的安全性。其中每个电子标签都是经过唯一的混沌序列进行加密后，而且其中的任何混沌序列之间互不影响，这是由混沌序列的特点所决定的；混沌序列序列的长期不可预测性决定了其性能随着数据的位数增加而呈现递增；通过采用可以改变的赋值参数μ和可变电子标签的序列号可变初始值χ0相结合的方法，可以增加其中相异混沌序列的数量。

   在RFID系统中所有的数据都是以二进制的形式进行传递和产生的，混沌序列映射发生器中所产生的数据都是一系列的实数序列，所以如果要想数据之间产生准确的传输就必须对实数数据进行转换，通过对参数和初始值的计算可以实现实数和二进制之间的转换。离散混沌产生的实数也不能在二进制环境下进行数据加密，所以还需要对产生的实数序列的轨迹点进行门限计算，从而得到了加密的二进制序列。在RFID系统的使用过程中，如果非法的使用者通过接口或者其它方法得到了电子标签中的数据，如果用其它的方法来进行还原，则得到了是相关的乱码；只有利用正确的参数来解密其中的混沌序列，才能使得到的数据和原始的信息相同。如果电子标签的序列号或者在进行读操作中输入的关键字和电子标签中的原始数据存在很小的差异，那么得到的序列在解密后其信息也为乱码[9]。如果没有正确的电子标签上的序列号和关键字，那么即便是其信息再相似，也无法破获电子标签中的数据，从而维护了电力计量中信息的安全。

三、结束语

RFID电子标签技术在电力计量管理和应用中具有独特的技术优势，RFID电子标签技术可以帮助电力企业建立高效、统一的流程化的资源管理体系。通过网络的形式把电力企业中的不同部门连接起来，可以很好的解决实物和数据部统一的问题，实现了业务的协同、资产共享。通过RFID在电量计量中的应用，可以大大减轻电力企业在资产管理上的压力，大大降低了企业在人力和财力方面的成本，避免各种原因造成了企业资源的浪费和资产的流失，提高了电力企业的管理效率。

【参考文献】：

[1]肖勇,孙勇,孔政敏等.基于UHF RFID技术的电能智能计量系统电力设备的全生命周期管理研究[J].科技管理研究,2013,33(02):213-217.

[2]吴剑斌.对某电力计量中心仓储物流工艺设计的探讨[J].城市建设,2013,(9).

[3]邬旭亮.基于RFID技术的省市电力公司电能计量器具物流信息系统构建与设计[J].物流技术（装备版）,2013,(03):90-93.

[4]宋荣.浅谈RFID技术在电力企业计量资产管理中的应用[J].科学之友,2012,(08):131-132.

[5]田涛,苏董杰,赫松龄等.基于国密SM7算法的电子标签在防伪中的应用[J].中国集成电路,2011,20(11):70-72.

[6]唐有,卢元元,张翌维等.基于RFID系统的混沌动态扰动算法[J].计算机应用,2012,32(06):1643-1645,1695.

[7]吴丽萍.面向主动式RFID系统的SHA1中量级加密技术研究[D].杭州电子科技大学,2010.

[8]陈勇,李凤华,陈荣金.电子标签RFID系统的混沌加密算法设计与仿真数字通信[J].  2009(03):45-46.  

[9]张晖.RFID安全隐私协议的算法研究及应用[D].中国科学院声学研究所,2008.

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