一种高压断路器远程控制指令传输方法与流程

1.本发明涉及数据传输技术领域，尤其涉及一种高压断路器远程控制指令传输方法。


背景技术：

2.高压断路器是电力系统中最重要的控制和保护设备，在发电厂和变电所的配电装置中必不可少。高压断路器控制与保护的对象主要有发电机、输配电系统及其他电力设备，因此，高压断路器的可靠运行对电力系统的安全性及稳定性至关重要。随着配电网的规模逐渐增大，发电厂和变电所的数量也逐渐增加，由于原有的电网专用局域网其自身传输能力的限制，势必会引用5g等公共网络，而无论是控制中心向高压断路器发送的控制指令还是高压断路器向控制中心传输的检测数据，在公共网络中都易被恶意篡改，进而导致重大事故的发生。
3.例如，中国专利文献cn207937565u公开了“高压断路器在线状态监测的无线传感器网络系统”，包括用于连接监测传感器并监测n个高压断路器在线运行状态的监测节点1、监测节点2、监测节点n和1个用于收集各节点监测数据并连接至云端的区域汇聚节点。上述专利的不足之处在于数据的传输过程中，缺乏安全性的保护，数据易被恶意篡改。


技术实现要素：

4.本发明主要解决现有的控制中心向高压断路器进行控制指令传输的过程中，控制指令易被恶意篡改的技术问题；提供一种高压断路器远程控制指令传输方法，对从控制中心传输至高压断路器的控制指令进行双重加密，有效防止控制指令在传输过程中被恶意篡改。
5.本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：本发明包括以下步骤：
6.s1、控制中心使用第一秘钥对待发送至高压断路器的控制指令加密生成指令密文；
7.s2、控制中心对第一秘钥进行加密生成秘钥密文；
8.s3、控制中心将指令密文和秘钥密文传输至高压断路器；
9.s4、高压断路器对秘钥密文进行解密得到第一秘钥；
10.s5、高压断路器使用第一秘钥对指令密文进行解密得到控制指令。
11.本发明对从控制中心传输至高压断路器的控制指令进行双重加密，防止控制指令在传输过程中被恶意篡改，保护了高压断路器的正常开合闸，保证了电网的正常工作。
12.作为优选，所述的步骤s1具体包括：
13.s11、对高压断路器的编号和高压断路器的动作时间进行二进制转换，得到初始秘钥a1和初始秘钥a2；
14.s12、将初始秘钥a1和初始秘钥a2奇偶交错混合，得到第一秘钥；
15.s13、对控制指令进行二进制转换，所述控制指令包括高压断路器的动作时间和开合闸指示；
16.s14、将第一秘钥与步骤s13中经二进制转换的控制指令相加，得到指令密文。
17.以高压断路器的编号和高压断路器的动作时间为基础生成对控制指令一重加密的第一秘钥，与传统的所有高压断路器采用统一秘钥进行加密相比，本发明中的加密秘钥更加复杂，在传输过程中不易被破译，提高了控制指令传输的安全性。
18.作为优选，所述的步骤s12具体包括：
19.s121、将初始秘钥a1的字符数与初始秘钥a2的字符数相比较，获取两者的字符数之差δn；
20.s122、对δn奇偶性进行判断，若δn为奇数，则在字符数少的初始秘钥的末尾加上δn个“1”；若δn为偶数，则在字符数少的初始秘钥的末尾加上δn个“0”；
21.s123、在步骤s122的基础上，统计初始秘钥a1中“1”所在位置为奇数位的个数n1与初始秘钥a2中“1”所在位置为奇数位的个数n2，若n1≥n2，则将初始秘钥a1的各字符从左到右放置在奇数位、初始秘钥a2的各字符从左到右放置在偶数位组成字符串，并在字符串的首位插入数字“1”构成第一秘钥，反之，若n1＜n2，则将初始秘钥a2的各字符从左到右放置在奇数位、初始秘钥a1的各字符从左到右放置在偶数位组成字符串，并在字符串的首位插入数字“0”构成第一秘钥。
22.作为优选，所述的步骤s14具体包括：
23.将第一秘钥的字符数与经二进制转换的控制指令的字符数进行比较，若第一秘钥的字符数大于等于经二进制转换的控制指令的字符数，则将经二进制转换的控制指令的第一个字符与第一秘钥的第一个字符相加、经二进制转换的控制指令的第二个字符与第一秘钥的第二个字符相加
…
以此类推，得到指令密文；反之，若第一秘钥的字符数小于经二进制转换的控制指令的字符数，则将第一秘钥的第一个字符与经二进制转换的控制指令的第一个字符相加、第一秘钥的第二个字符与经二进制转换的控制指令的第二个字符相加
…
直至第一秘钥的最后一个字符与经二进制转换的控制指令的第t个字符相加后，将第一秘钥的第一个字符与经二进制转换的控制指令的第t 1个字符相加、第一秘钥的第二个字符与经二进制转换的控制指令的第t 2个字符相加
…
以此类推，得到指令密文。
24.作为优选，所述的步骤s2中，控制中心采用非对称加密中的公有秘钥对第一秘钥进行加密生成秘钥密文，所述s4中，高压断路器采用非对称加密中的私有秘钥对秘钥密文进行解密得到第一秘钥。
25.作为优选，所述的控制中心中设有公有秘钥库，所述公有秘钥库中包括若干个公有秘钥，每个公有秘钥都与其相对应的高压断路器的编号相关联。
26.作为优选，所述的步骤s5中，控制中心使用第一秘钥对接收到的指令密文进行逆向解密得到电气数据。
27.本发明的有益效果是：1)对从控制中心传输至高压断路器的控制指令进行双重加密，防止控制指令在传输过程中被恶意篡改，保护了高压断路器的正常开合闸，保证了电网的正常工作；2)以高压断路器的编号和高压断路器的动作时间为基础生成对控制指令一重加密的第一秘钥，与传统的所有高压断路器采用统一秘钥进行加密相比，本发明中的加密秘钥更加复杂，在传输过程中不易被破译，提高了控制指令传输的安全性。
附图说明
28.图1是本发明的一种方法流程图。
具体实施方式
29.下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
30.实施例：本实施例的一种高压断路器远程控制指令传输方法，如图1所示，包括以下步骤：
31.s1、控制中心使用第一秘钥对待发送至高压断路器的控制指令加密生成指令密文，具体包括以下步骤：
32.s11、对高压断路器的编号和高压断路器的动作时间进行二进制转换，得到初始秘钥a1和初始秘钥a2；
33.当高压断路器的编号中包括字母和符号时，先将字母和符号转换成其相对应的数字，字母和符号的相对应的数字可以由人为规定；高压断路器的动作时间的格式为“20200514111200”，其中从左到右的前面4位表示年，第5位和第6位表示月，第7位和第8位表示日，第9位和第10位表示时，第11位和第12位表示分，第13位和第14位表示秒。
34.s12、将初始秘钥a1和初始秘钥a2奇偶交错混合，得到第一秘钥：
35.s121、将初始秘钥a1的字符数与初始秘钥a2的字符数相比较，获取两者的字符数之差δn；
36.s122、对δn奇偶性进行判断，若δn为奇数，则在字符数少的初始秘钥的末尾加上δn个“1”；若δn为偶数，则在字符数少的初始秘钥的末尾加上δn个“0”，使得初始秘钥a1和初始秘钥a2的字符数相等；
37.s123、在步骤s122的基础上，统计初始秘钥a1中“1”所在位置为奇数位的个数n1与初始秘钥a2中“1”所在位置为奇数位的个数n2，若n1≥n2，则将初始秘钥a1的各字符从左到右放置在奇数位、初始秘钥a2的各字符从左到右放置在偶数位组成字符串，并在字符串的首位插入数字“1”构成第一秘钥，反之，若n1＜n2，则将初始秘钥a2的各字符从左到右放置在奇数位、初始秘钥a1的各字符从左到右放置在偶数位组成字符串，并在字符串的首位插入数字“0”构成第一秘钥。
38.s13、对控制指令进行二进制转换，控制指令包括高压断路器的动作时间和开合闸指示，将高压断路器的动作时间进行二进制转换，再在经二进制转换的高压断路器的动作时间的字符串后加上字符“01”或“10”，其中“01”表示开闸指示，“10”表示合闸指示。
39.s14、将第一秘钥与步骤s13中经二进制转换的控制指令相加，得到指令密文，具体包括：
40.将第一秘钥的字符数与经二进制转换的控制指令的字符数进行比较，若第一秘钥的字符数大于等于经二进制转换的控制指令的字符数，则将经二进制转换的控制指令的第一个字符与第一秘钥的第一个字符相加、经二进制转换的控制指令的第二个字符与第一秘钥的第二个字符相加
…
以此类推，得到指令密文；反之，若第一秘钥的字符数小于经二进制转换的控制指令的字符数，则将第一秘钥的第一个字符与经二进制转换的控制指令的第一个字符相加、第一秘钥的第二个字符与经二进制转换的控制指令的第二个字符相加
…
直至第一秘钥的最后一个字符与经二进制转换的控制指令的第t个字符相加后，将第一秘钥的
第一个字符与经二进制转换的控制指令的第t 1个字符相加、第一秘钥的第二个字符与经二进制转换的控制指令的第t 2个字符相加
…
以此类推，得到指令密文。
41.s2、控制中心对第一秘钥进行加密生成秘钥密文：
42.控制中心中设有非对称加密算法的公有秘钥库，公有秘钥库中包括若干个公有秘钥，每个公有秘钥都与其相对应的高压断路器的编号相关联，控制中心根据待发送控制指令所对应的高压断路器的编号选择其相关联的公有秘钥对第一秘钥进行加密生成秘钥密文。
43.s3、控制中心将指令密文和秘钥密文传输至高压断路器。
44.s4、高压断路器采用非对称加密算法中的私有秘钥对秘钥密文进行解密得到第一秘钥。
45.s5、高压断路器使用第一秘钥对指令密文进行解密得到控制指令,具体包括：
46.s51、将第一秘钥的字符数与指令密文的字符数进行比较，若第一秘钥的字符数大于等于指令密文的字符数，则指令密文的第一个字符减去第一秘钥的第一个字符、指令密文的第二个字符减去第一秘钥的第二个字符
…
以此类推，得到由二进制形式表示的控制指令；反之，若第一秘钥的字符数大于等于指令密文的字符数，则将指令密文的第一个字符减去第一秘钥的第一个字符、指令密文的第二个字符减去第一秘钥的第二个字符
…
直至指令密文的第t个字符减去第一秘钥的最后一个字符后，将指令密文的第t 1个字符减去第一秘钥的第一个字符、指令密文的第t 2个字符减去第一秘钥的第二个字符
…
以此类推，得到由二进制形式表示的控制指令；
47.s52、对二进制形式表示的控制指令中除最后2位字符的字符串进行转换，转换成十进制形式表示的高压断路器的动作时间，再与二进制形式表示的控制指令的最后2为字符组合，得到控制指令；
48.s53、根据第一秘钥的首位字符提取第一秘钥中的高压断路器的动作时间，即若第一秘钥的首位字符为“1”时，将第一秘钥中的偶数位提取出来，并从左到右偶排序，得到字符串；若第一秘钥的首位字符为“0”时，将第一秘钥中的奇数位提取出来，并从左到右偶排序，得到字符串；
49.s54、将二进制形式表示的控制指令中除最后2位字符的字符串与步骤s53中获取的字符串进行比较，已知二进制形式表示的控制指令中除最后2位字符的字符串的个数为m，则若步骤s53中获取的字符串从左到右的前m个字符与二进制形式表示的控制指令中除最后2位字符的字符串相同，则说明指令密文和秘钥密文在传输过程中未被破译，高压断路器可以正常使用控制指令，反之，则说明指令密文和秘钥密文在传输过程中被破译过，高压断路器发出报警信息。
50.本发明对从控制中心传输至高压断路器的控制指令进行双重加密，防止控制指令在传输过程中被恶意篡改。以高压断路器的编号和高压断路器的动作时间为基础生成对控制指令一重加密的第一秘钥，与传统的所有高压断路器采用统一秘钥进行加密相比，本发明中的加密秘钥更加复杂，在传输过程中不易被破译，提高了控制指令传输的安全性，进而保护了高压断路器的正常开合闸，保证了电网的正常工作。