一種goose電力實時報文加解密方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種GOOSE電力實時報文加解密方法，包括：提取GOOSE報文中的關(guān)鍵信息；計算關(guān)鍵信息的長度，根據(jù)長度對關(guān)鍵信息進(jìn)行ECB分組，得到預(yù)處理報文；發(fā)送端和接收端約定好密鑰種子，以密鑰種子為初始參數(shù)通過Rijndael算法的密鑰擴(kuò)展函數(shù)KeyExpansion()產(chǎn)生其余的子密鑰，得到密鑰；對預(yù)處理報文進(jìn)行Rijndael加密，得到關(guān)鍵信息的密文；將密文回置原GOOSE報文，對于經(jīng)過加密而多出來的數(shù)據(jù)域，放置到填充域，得到加密的GOOSE報文；對加密的GOOSE報文中的密文和填充域進(jìn)行Rijndael解密，并將解密的內(nèi)容依次回置到GOOSE報文中，得到解密后的GOOSE報文；對解密后的GOOSE報文進(jìn)行CRC校驗、T域、StNum、SqNum域檢驗，如果正確，接收該GOOSE報文，完成加解密。本發(fā)明實現(xiàn)了GOOSE報文傳輸中的實時性、完整性和保密性。
【專利說明】—種GOOSE電力實時報文加解密方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)信息安全【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種GOOSE電力實時報文加解密方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在電力系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)中，面向通用對象的變電站事件(GOOSE, Generic ObjectOriented Substation Event)報文主要用于表征斷路器的跳、合閘等操作命令和斷路器位置信息等重要場合，其安全性、準(zhǔn)確性、實時性很大程度上影響著電力系統(tǒng)運行的可靠性。
[0003]而且，在以數(shù)字化變電站為代表的智能電網(wǎng)中得到越來越廣泛的應(yīng)用的背景下，G00SE電力報文有可能跨區(qū)域、跨電網(wǎng)傳輸，使得其更可能遭受竊聽、攻擊、篡改等入侵事件，其在電力信息安全方面的重要性愈發(fā)突出。
[0004]然而，現(xiàn)有技術(shù)中缺乏對實時性要求很高的G00SE報文信息進(jìn)行加密的有效方法。因此，亟需采用加解密技術(shù)加強(qiáng)G00SE電力報文的保密性；但報文加解密一般需要較大耗時，而G00SE報文具有嚴(yán)格的實時性要求。根據(jù)IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，G00SE信號的通信延遲應(yīng)小于4ms。如何在滿足G00SE報文實時性的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)G00SE報文的完整性和保密性成為了問題的關(guān)鍵。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于克服上述缺陷，提供一種保密程度高、加解密耗時少和硬件適應(yīng)性強(qiáng)的G00SE電力實時報文加解密方法。
[0006]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是，一種G00SE電力實時報文加解密方法，包括以下步驟:
[0007]S1、加密
[0008]SI 1、提取G00SE報文中的關(guān)鍵信息；
[0009]S12、計算所述關(guān)鍵信息的長度，根據(jù)所述長度對所述關(guān)鍵信息進(jìn)行ECB分組，得到預(yù)處理報文；
[0010]S13、發(fā)送端和接收端首先約定好長度為128、192或256比特的密鑰種子，以密鑰種子為初始參數(shù)通過Ri jndael算法的密鑰擴(kuò)展函數(shù)KeyExpansion O產(chǎn)生其余的子密鑰，得到密鑰；
[0011]S14、利用S13的密鑰對所述預(yù)處理報文進(jìn)行Rijndael算法加密，得到所述關(guān)鍵信息的密文；
[0012]S15、將所述密文回置原G00SE報文，對于經(jīng)過加密而多出來的數(shù)據(jù)域，放置到填充域，得到加密的G00SE報文；
[0013]S2、解密
[0014]S21、對加密的G00SE報文中的密文和填充域進(jìn)行Ri jndae I算法解密，并將解密的內(nèi)容依次回置到G00SE報文中，得到解密后的G00SE報文；[0015]S22、對解密后的GOOSE報文進(jìn)行CRC校驗，如果CRC校驗通過，轉(zhuǎn)入S23 ;否則，丟棄所述GOOSE報文；
[0016]S23、檢驗解密后的GOOSE報文的T域是否正確，如果正確，轉(zhuǎn)入S24 ;否則，丟棄所述GOOSE報文；
[0017]S24、檢驗解密后的GOOSE報文的StNum、SqNum域是否正確，如果正確，接收該GOOSE報文，完成加解密；否則，丟棄所述GOOSE報文。
[0018]更具體的，所述GOOSE報文中的關(guān)鍵信息是GOOSE報文的StNum、SqNum、T、Al IData域中的數(shù)據(jù)。
[0019]在加密算法和密鑰長度一定時，降低加解密GOOSE報文耗時的核心在于減少所需加密的報文長度。通過分析GOOSE報文各個域的信息，提取報文的關(guān)鍵信息，在其實時性和保密性中取得平衡。根據(jù)IEC61850標(biāo)準(zhǔn)，GOOSE報文在數(shù)據(jù)鏈路層采用IS0/IEC802.3協(xié)議，由MAC地址域、TPID (標(biāo)志協(xié)議標(biāo)識)域、TCI (標(biāo)識控制信息)域、EtherType (以太網(wǎng)報文類型)域、APPID (應(yīng)用標(biāo)識)域、Length (長度)域、Reservedl (保留I)域、Reserved2(保留2)域和APDU (應(yīng)用協(xié)議數(shù)據(jù)單元，即報文內(nèi)容)域組成。GOOSE的幀結(jié)構(gòu)，如表1所不。MAC 地址域、TPID 域、TCI 域、EtherType 域、APPID 域、Length 域、Reservedl、Reserved2域的內(nèi)容主要表征GOOSE報文的通信信息和報文長度等通信相關(guān)的基礎(chǔ)內(nèi)容，并不包含GOOSE報文反映的斷路器位置狀態(tài)和解、閉鎖，跳、合閘操作命令等實質(zhì)內(nèi)容，因此保持這些內(nèi)容域的內(nèi)容不變，不進(jìn)行加密處理。
[0020]表1G00SE報文的幀結(jié)構(gòu)
【權(quán)利要求】
1.一種GOOSE電力實時報文加解密方法，其特征在于，包括以下步驟: 51、加密 SI 1、提取GOOSE報文中的關(guān)鍵信息； 512、計算所述關(guān)鍵信息的長度，根據(jù)所述長度對所述關(guān)鍵信息進(jìn)行ECB分組，得到預(yù)處理報文； 513、發(fā)送端和接收端首先約定好長度為128、192或256比特的密鑰種子，以密鑰種子為初始參數(shù)通過Ri jndael算法的密鑰擴(kuò)展函數(shù)KeyExpansion O產(chǎn)生其余的子密鑰,得到密鑰； 514、利用S13的密鑰對所述預(yù)處理報文進(jìn)行Rijndael算法加密，得到所述關(guān)鍵信息的密文； 515、將所述密文回置原GOOSE報文，對于經(jīng)過加密而多出來的數(shù)據(jù)域，放置到填充域，得到加密的GOOSE報文； 52、解密 521、對加密的GOOSE報文中的密文和填充域進(jìn)行RijndaeI算法解密，并將解密的內(nèi)容依次回置到GOOSE報文中，得到解密后的GOOSE報文； 522、對解密后的G OOSE報文進(jìn)行CRC校驗，如果CRC校驗通過，轉(zhuǎn)入S23;否則，丟棄所述GOOSE報文； 523、檢驗解密后的GOOSE報文的T域是否正確，如果正確，轉(zhuǎn)入S24;否則，丟棄所述GOOSE報文； 524、檢驗解密后的GOOSE報文的StNunuSqNum域是否正確，如果正確，接收該GOOSE報文，完成加解密；否則，丟棄所述GOOSE報文。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種GOOSE電力實時報文加解密方法，其特征在于:所述GOOSE報文中的關(guān)鍵信息是GOOSE報文的StNum、SqNum, T、AllData域中的數(shù)據(jù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種GOOSE電力實時報文加解密方法，其特征在于:所述ECB分組是指電碼本分組，具體步驟:計算GOOSE報文關(guān)鍵信息的長度，并分別跟長度為128、192與256比特的基準(zhǔn)長度相比較，若明文長度大于256比特時，以256比特為基準(zhǔn)長度不斷分組直至長度小于256比特；再找到最接近但小于或等于上述基準(zhǔn)長度的分組長度，并填充明文內(nèi)容直至長度為該基準(zhǔn)長度；若明文長度小于256比特，則找到小于或等于128或192比特的分組長度，并填充明文內(nèi)容直至長度為該基準(zhǔn)長度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種GOOSE電力實時報文加解密方法，其特征在于:采用GOOSE報文的CRC校驗域來保證GOOSE報文的完整性。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種GOOSE電力實時報文加解密方法，其特征在于，S23包括以下步驟: 檢查GOOSE報文的T域是否比上一個GOOSE報文的T域大且在報文允許時間范圍內(nèi)，如果是，轉(zhuǎn)入S24 ;否則，認(rèn)為GOOSE報文受到攻擊，丟棄所述GOOSE報文。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種GOOSE電力實時報文加解密方法,其特征在于,S24包括以下步驟: S -241、重發(fā)GOOSE報文的合法性檢驗:如果這個GOOSE報文的StNum域和上一個GOOSE報文的StNum域相等,就檢查SqNum域是否比上一個GOOSE報文的SqNum域大I,如果是,就認(rèn)為這個GOOSE報文沒受到攻擊，接收該GOOSE報文；否則，就認(rèn)為報文受到攻擊，不接收該GOOSE報文；如果這個GOOSE報文的StNum域與上一個GOOSE報文的StNum域不相等，轉(zhuǎn)入步驟S - 242 ； S - 242、非重發(fā)GOOSE報文的合法性檢驗:如果這個GOOSE報文的StNum域比上一個GOOSE報文的StNum域大1，繼續(xù)判斷SqNum域是否為0，如果是，就認(rèn)為GOOSE報文沒受到攻擊，接收該GOOSE報文；否則，就認(rèn)為GOOSE報文受到攻擊，丟棄該GOOSE報文；如果這個GOOSE報文的StNum域比上一個`GOOSE報文的小，就認(rèn)為報文受到攻擊，丟棄該GOOSE報文。
【文檔編號】H04L29/06GK103746962SQ201310681672
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2013年12月12日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月12日
【發(fā)明者】王智東, 王鋼, 陳俊威, 林躍歡, 馬新華, 黎永昌 申請人:華南理工大學(xué)