智能融合终端全链路数据安全防护方法及装置与流程

本发明涉及安全防护，尤其是涉及一种智能融合终端全链路数据安全防护方法及装置。

背景技术：

1、智能融合终端作为电力物联网的核心节点，需与主站、智能电能表、智能断路器及其他终端进行海量数据交互，涉及用电采集、控制指令、状态信息等数据类型，对机密性、完整性和抗抵赖性要求极高。现有数据防护方案存在以下缺陷：安全启动仅依赖单向度量，缺乏交叉验证，易被绕过；身份认证机制单一，缺乏双向认证，仿冒设备易接入；数据防护策略静态固化，无法根据链路状态和业务重要性动态调整，导致重要数据防护不足而普通数据过度防护；审计日志以明文存储且缺乏防篡改保护，安全事件溯源困难；数据存储采用单区明文模式，损坏后无法自动恢复，且缺乏终端间协同恢复能力。上述缺陷导致现有方案难以满足电力系统对数据全生命周期的安全要求。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的在于提供一种智能融合终端全链路数据安全防护方法及装置，通过网状交叉验签、动态分级自适应、区块链式审计链及跨设备冗余恢复，实现终端全链路主动防御，显著提升安全启动可信性、数据防护精细度、审计溯源可靠性及数据容灾恢复能力。

2、第一方面，本发明实施例提供了一种智能融合终端全链路数据安全防护方法，方法包括：终端上电后，基于安全模块对终端的多个软件层执行多级交叉验签，全部验签通过后完成安全启动；获取外部交互对象的身份认证请求，基于安全模块与外部交互对象执行双向身份认证，建立安全通信链路；获取待处理数据，确定待处理数据的安全等级，根据安全等级调用安全模块对待处理数据进行相应处理，生成受保护数据；将受保护数据存储至终端数据中心，并基于安全模块生成对应的完整性校验信息进行关联存储；在数据交互过程中，采集操作行为信息，基于操作行为信息和当前审计链的链式结构生成当前审计记录，并将当前审计记录追加至当前审计链，形成防篡改审计链；实时监测全链路中的安全事件，当检测到数据异常时，基于完整性校验信息进行数据恢复；若本地恢复不可用，则通过安全模块向相邻终端发起跨设备恢复请求，接收相邻终端返回的加密备份数据，通过安全模块解密后重建本地数据。

3、在本发明较佳的实施例中，上述安全模块为esam硬件安全模块；基于安全模块对终端的多个软件层执行多级交叉验签，包括：通过启动引导程序uboot调用esam验证操作系统内核的数字签名，验证通过后引导操作系统内核启动；通过操作系统内核调用esam验证uboot、文件系统关键配置以及安全芯片调度app的数字签名，验证通过后拉起安全芯片调度app；通过安全芯片调度app调用esam反向验证uboot和操作系统内核的数字签名，同时调用esam验证所有业务app的数字签名；启动各业务app，通过各业务app之间相互调用esam验证相邻业务app的数字签名，形成网状信任链；在所有验签通过后，通过esam生成当前启动批次的动态信任锚点，并将动态信任锚点写入esam的安全存储区，以用于下一次启动时的快速比对。

4、在本发明较佳的实施例中，上述外部交互对象包括主站、感知设备或其他终端；基于安全模块与外部交互对象执行双向身份认证，包括：若外部交互对象为主站，则基于国密ssl/ssal协议，通过安全模块中存储的通道层及业务层数字证书执行双向身份认证；若外部交互对象为感知设备或其他终端，则基于安全模块中预置的对称密钥或数字证书，执行基于国密算法的双向挑战应答认证，协商生成本次通信的会话密钥；双向认证通过后，建立安全通信链路，并将会话密钥存储在安全模块的临时密钥区。

5、在本发明较佳的实施例中，上述确定待处理数据的安全等级，根据安全等级调用安全模块对待处理数据进行相应处理，包括：获取当前通信链路的链路质量参数、终端设备的安全态势评分以及待处理数据的业务类型标签；将链路质量参数、安全态势评分和业务类型标签输入预设的动态分级决策模型，输出待处理数据的当前动态安全等级，动态安全等级至少包括普通等级、重要等级和关键等级；若当前动态安全等级为普通等级，则调用安全模块对待处理数据进行mac校验值计算；若当前动态安全等级为重要等级，则调用安全模块利用对称加密算法对待处理数据进行加密处理；若当前动态安全等级为关键等级，则调用安全模块对待处理数据附加当前时间戳和随机数并进行数字签名处理；当监测到链路质量参数或安全态势评分发生突变时，触发处理策略的自适应无缝切换，切换过程对上层业务应用透明。

6、在本发明较佳的实施例中，上述当外部交互对象为电能表时，根据安全等级调用安全模块对待处理数据进行相应处理，包括转加密抄读策略，具体为：接收主站下发的转加密密钥包和至少一组抄读方案，通过安全模块对转加密密钥包进行解密并转化为本地转加密密钥；获取电能表的设备型号和协议版本号，根据设备型号和协议版本号从多组抄读方案中自适应匹配目标抄读方案，并基于目标抄读方案通过安全模块利用本地转加密密钥与电能表执行会话协商，得到临时会话密钥；根据目标抄读方案，通过安全模块利用临时会话密钥组装密文抄读指令，并将密文抄读指令发送至电能表；接收电能表返回的密文抄读结果，通过安全模块利用临时会话密钥对密文抄读结果进行解密及mac校验，得到明文抄读数据；实时监测当前会话的剩余有效时长，根据当前业务的优先级动态延长会话的有效时长，或触发与电能表的重新会话协商。

7、在本发明较佳的实施例中，上述安全模块为esam硬件安全模块；将受保护数据存储至终端数据中心，并基于安全模块生成对应的完整性校验信息进行关联存储，包括：调用esam，利用sm4对称加密算法对待处理数据的每条数据记录进行逐行加密，生成密文数据作为受保护数据；调用esam，利用sm3哈希算法对密文数据计算mac值作为完整性校验信息；将密文数据存储至数据中心的数据区的对应位置，将密文数据的副本及mac值按相同的数据索引存储至数据中心的备份区的对应位置，形成双存储映射关系。

8、在本发明较佳的实施例中，当检测到数据异常时，基于完整性校验信息进行数据恢复，包括：响应于数据读取指令，从备份区中获取目标数据对应的目标完整性校验值，并调用安全模块对数据区中目标受保护数据重新计算当前完整性校验值；比对目标完整性校验值与当前完整性校验值；若一致，则判定数据完整，调用安全模块对目标受保护数据进行解密后返回；若不一致，则判定数据区的目标受保护数据被篡改，根据数据索引从备份区中提取备份受保护数据，将备份受保护数据覆盖至数据区，并记录数据恢复日志；若数据区和备份区均损坏，则获取安全模块中预存的数据特征模板和历史采集数据的统计特征，根据数据特征模板和统计特征自动重建目标数据副本。

9、在本发明较佳的实施例中，通过安全模块向相邻终端发起跨设备恢复请求，接收相邻终端返回的加密备份数据，包括：检测到本地备份区完全不可用且数据区损坏时，通过安全模块生成跨设备恢复请求报文，报文包含本终端的设备标识、请求恢复的数据范围和时间戳，并通过安全模块对报文进行数字签名；将签名后的跨设备恢复请求报文通过本地通信接口广播至至少一个相邻终端，并接收相邻终端返回的认证质询；响应于认证质询，通过安全模块完成与相邻终端的双向身份认证，建立临时安全恢复通道；通过临时安全恢复通道接收相邻终端发送的加密备份数据块，通过安全模块对加密备份数据块进行解密和mac校验，利用解密后的数据重建本地数据区的目标数据。

10、在本发明较佳的实施例中，基于操作行为信息和当前审计链的链式结构生成当前审计记录，并将当前审计记录追加至当前审计链，形成防篡改审计链，包括：获取操作行为信息，操作行为信息至少包括操作时间、操作类型、操作对象标识、操作者证书序列号和操作结果；基于操作行为信息生成当前操作的操作指纹，操作指纹为对操作行为信息进行哈希运算得到的哈希值；从安全模块的安全存储区读取当前审计链中上一条审计记录的区块哈希值，将操作指纹、上一条审计记录的区块哈希值和当前时间戳进行级联，并通过安全模块进行数字签名，生成当前审计区块；将当前审计区块存储于本地审计日志区，并将当前审计区块的区块哈希值更新至安全模块的安全存储区，形成前后区块哈希值首尾相连的防篡改审计链条；将当前审计区块经安全模块完整性保护后，通过加密链路上传至主站。

11、第二方面，本发明实施例还提供一种智能融合终端全链路数据安全防护装置，装置包括：安全启动模块，用于终端上电后，基于安全模块对终端的多个软件层执行多级交叉验签，全部验签通过后完成安全启动；安全通信链路建立模块，用于获取外部交互对象的身份认证请求，基于安全模块与外部交互对象执行双向身份认证，建立安全通信链路；受保护数据生成模块，用于获取待处理数据，确定待处理数据的安全等级，根据安全等级调用安全模块对待处理数据进行相应处理，生成受保护数据；关联存储模块，用于将受保护数据存储至终端数据中心，并基于安全模块生成对应的完整性校验信息进行关联存储；防篡改审计链形成模块，用于在数据交互过程中，采集操作行为信息，基于操作行为信息和当前审计链的链式结构生成当前审计记录，并将当前审计记录追加至当前审计链，形成防篡改审计链；安全事件监测模块，用于实时监测全链路中的安全事件，当检测到数据异常时，基于完整性校验信息进行数据恢复；若本地恢复不可用，则通过安全模块向相邻终端发起跨设备恢复请求，接收相邻终端返回的加密备份数据，通过安全模块解密后重建本地数据。

12、本发明实施例带来了以下有益效果：

13、本发明实施例提供了一种智能融合终端全链路数据安全防护方法及装置，通过终端上电后，获取esam中存储的初始可信根及证书链，基于esam对终端的启动引导层、操作系统层、调度应用层及业务应用层执行多级交叉验签，全部验签通过后完成安全启动；获取外部交互对象的身份认证请求，基于esam中存储的数字证书，与外部交互对象执行双向身份认证，建立安全通信链路；获取待处理的原始业务数据，实时识别原始业务数据的动态安全等级，根据动态安全等级调用esam选择对应的目标防护策略，并基于目标防护策略对原始业务数据进行密码运算，生成受保护数据单元；将受保护数据单元存储至终端数据中心的数据区，同时基于esam对受保护数据单元进行完整性校验计算，将计算得到的完整性校验值同步存储至数据中心的备份区；在数据全链路交互过程中，实时采集操作行为信息，获取当前审计链中上一条审计记录的哈希值，将操作行为信息与上一条审计记录的哈希值进行级联，并通过esam进行数字签名，生成本条审计记录，将本条审计记录追加至当前审计链，形成不可篡改的区块链式审计链；实时监测全链路中的安全事件，当检测到数据区中的数据发生异常时，优先从备份区读取完整性校验值并恢复数据区的数据；若备份区不可用，则通过esam向相邻终端发起经数字签名的跨设备恢复请求，接收相邻终端返回的加密备份数据，通过esam解密后重建本地数据。

14、本公开的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，或者，部分特征和优点可以从说明书推知或毫无疑义地确定，或者通过实施本公开的上述技术即可得知。

15、为使本公开的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。