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AES算法的電力通信數(shù)據(jù)加密傳輸方法

2021-11-17 07:10:16國網(wǎng)江蘇省電力有限公司鹽城供電分公司劉曉玥
電子世界 2021年20期
關(guān)鍵詞:設(shè)備實驗方法

國網(wǎng)江蘇省電力有限公司鹽城供電分公司 劉曉玥

互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與電力系統(tǒng)的集成,在一定程度上提高了電力設(shè)備前端與終端信息的實時交互能力,并實現(xiàn)了對電力通信服務(wù)水平的同步提升。總之,電力通信在電網(wǎng)運行與配電站運維中發(fā)揮的作用越來越大,并正向影響著電力行業(yè)的發(fā)展。但現(xiàn)有的方法與系統(tǒng)均屬于一體化系統(tǒng),只能滿足數(shù)據(jù)信息在傳輸前的安全與加密處理。因此,數(shù)據(jù)傳輸行為的安全性仍無法得到保障,而在本文的研究中,提出了一種針對數(shù)據(jù)傳輸加密的AES(Advanced Encryption Standard)算法,此種算法在實際應(yīng)用中又被稱之為標準加密算法,屬于密碼學(xué)與計算機科學(xué)的衍生算法,也是基于DES(Data Encryption Standard)算法基礎(chǔ)上改進的算法。相比傳統(tǒng)的算法,此算法的密鑰長度更長,可同時支持多位數(shù)據(jù)的加密處理。同時,在調(diào)用此算法時,明文信息將自動對算法進行分組處理,兩個連續(xù)的數(shù)據(jù)組別對應(yīng)的明文長度與內(nèi)容均不相同。為此,有理由認為此算法的加密效果更優(yōu),但相關(guān)AES算法應(yīng)用的研究現(xiàn)如今仍處于一種理論研究階段,仍沒有技術(shù)單位對基于此算法的加密設(shè)計展開實踐,因此本文將基于電力通信需求,對數(shù)據(jù)加密傳輸方法進行詳細設(shè)計。

1 電力通信數(shù)據(jù)加密傳輸方法

1.1 基于AES算法的數(shù)據(jù)幀替換處理

為了實現(xiàn)對電力通信數(shù)據(jù)傳輸信道的有效加密,本章引進AES算法,采用數(shù)據(jù)幀替換處理的方式,對前端待傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進行安全保障。通過先集成數(shù)據(jù)再傳輸數(shù)據(jù)的方式,可以避免數(shù)據(jù)在傳輸過程中受到外界不良因素的干擾,并且,當數(shù)據(jù)呈現(xiàn)一種集成模式后,數(shù)據(jù)指向?qū)⒏用鞔_。綜合上述分析,對電力通信數(shù)據(jù)的置換過程進行描述,計算公式如下:

公式(1)、(2)中:Oj表示為包頭信息;Sj表示為包體信息;Ek表示為數(shù)據(jù)集成過程;Dk表示為數(shù)據(jù)傳輸過程;j表示為具有某個數(shù)據(jù)值的幀數(shù)。上述提出的置換過程需要的時間計算公式表示為:

公式(3)中:TAES表示為基于AES算法的數(shù)據(jù)幀替換處理時間;paylode表示為包頭有效負載值;size表示為負載數(shù)據(jù)規(guī)模;Lblock表示為數(shù)據(jù)幀長度;TOBC表示為數(shù)據(jù)幀加密處理時長。在替換處理過程中,需要設(shè)定一個有效的處理時長TAES,當置換行為的發(fā)生時間滿足TAES有效時長時,可認為此時的替換行為有效,以此種方式,實現(xiàn)對包頭信息與包體信息的置換。

1.2 基于區(qū)塊算法設(shè)計電力通信數(shù)據(jù)加密傳輸密鑰

在完成數(shù)據(jù)信息的置換處理后,引進區(qū)塊鏈技術(shù),使用區(qū)塊算法,進行電力通信數(shù)據(jù)加密傳輸密鑰的設(shè)計,在此基礎(chǔ)上,根據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)的拓撲結(jié)構(gòu),構(gòu)建一個可支撐電力通信數(shù)據(jù)有效傳輸?shù)男诺滥P停B接區(qū)塊內(nèi)多個子區(qū)塊。假定區(qū)塊鏈的寬度表示為D,對D的描述可以表示為如下計算公式:

公式(4)中:D表示為區(qū)塊鏈的寬度;i表示為主區(qū)塊;x表示為主區(qū)塊i中的橫向數(shù)據(jù);y表示為主區(qū)塊i中的縱向數(shù)據(jù);Ii表示為存活區(qū)塊信息;Is表示為空閑區(qū)塊。在傳輸電力通信數(shù)據(jù)時,i不間斷地向前端傳輸信息,假定鏈路中心為數(shù)據(jù)傳輸信道節(jié)點,則不同區(qū)塊體之間的連接方式可以表示為:

公式(5)中:λ表示為鄰近區(qū)塊。定義λ=n,則與λ鄰近的區(qū)塊信息可以表示為n+1、n+2、n-1、n-2,將其代入計算公式(5),可以得到兩個連續(xù)的區(qū)塊信息,此時數(shù)據(jù)在區(qū)塊間的傳輸便可以實現(xiàn)互聯(lián)。在此基礎(chǔ)上,在區(qū)塊的連接區(qū)域內(nèi)增加一個獨立密鑰,并在獨立密鑰的基礎(chǔ)上,集成RSA對稱算法,以此種方式,增加密鑰的長度,從而增加密鑰破解的難度,提高電力通信數(shù)據(jù)在傳輸過程中的安全性與可靠性。

2 電力通信數(shù)據(jù)加密傳輸方法應(yīng)用效果實踐

盡管上文設(shè)計的電力通信數(shù)據(jù)加密傳輸方法基于理論層面的可行性較高,但考慮到電力系統(tǒng)在傳輸數(shù)據(jù)與信息時,出現(xiàn)安全異常提示的次數(shù)較多,僅從理論層面證明了此方法有效,是無法將方法集成到電力通信系統(tǒng)中的。為此,下述將通過實例驗證的方式,對設(shè)計方法的實踐應(yīng)用效果進行檢驗。

實驗實施前,選擇某電力單位2021年2月份的電力通信數(shù)據(jù)作為此次實驗的樣本數(shù)據(jù),將設(shè)計的電力通信數(shù)據(jù)加密傳輸方法集成到電力單位現(xiàn)有的通信系統(tǒng)中,并設(shè)置傳輸信道為A~Z,傳輸文件對應(yīng)的計算機存儲空間為D:/Image/,以

按照上述圖1所示的流程,對獲取的電力單位2021年2月份的電力通信數(shù)據(jù),進行前端與終端的傳輸,當終端設(shè)備PC完成對信息的傳輸后,監(jiān)聽設(shè)備可自動調(diào)用傳輸信道與傳輸結(jié)果,并將此結(jié)果自動記錄在數(shù)據(jù)庫內(nèi)。以操作界面顯示的結(jié)果作為本文方法的實踐應(yīng)用結(jié)果,此時,監(jiān)聽設(shè)備顯示界面如圖2所示。

圖1 數(shù)據(jù)安全傳輸性能

通過上述圖2所示的界面顯示結(jié)果可知,傳輸信道A~傳輸信道I,均執(zhí)行了電力通信數(shù)據(jù)的傳輸,當前端設(shè)備發(fā)送“是否正常”的指令時,結(jié)果顯示區(qū)域顯示“一切正數(shù)據(jù)傳輸異常次數(shù)作為驗證設(shè)計方法有效性的依據(jù),實施此次實驗。

圖2 監(jiān)聽設(shè)備顯示界面

實驗過程中,為了確保電力通信數(shù)據(jù)的傳輸行為可不受到外界相關(guān)因素的干擾,布置三臺終端設(shè)備參與此次實驗。三臺PC設(shè)備的功能分別是發(fā)送電力通信數(shù)據(jù)、接收電力通信數(shù)據(jù)與竊聽數(shù)據(jù)傳輸異常。采用點對點的方式進行實驗環(huán)境的布設(shè),設(shè)置電力通信信息的專用傳輸信道,按照標準的集成方式,在發(fā)送設(shè)備與接收設(shè)備上安裝加密網(wǎng)卡,在此基礎(chǔ)上,進行終端PC設(shè)備的通信檢測。檢測過程中,前端操作人員a使用發(fā)送設(shè)備向接收設(shè)備傳輸一個IP地址,接收端操作人員通過操作界面的方式,進行IP地址的接收,此時監(jiān)聽設(shè)備將自動獲取兩臺設(shè)備的傳輸記錄與傳輸信道。此過程如表1所示。

表1 實驗環(huán)境與實驗設(shè)備通信檢測

通過上述表1中內(nèi)容,證明了此次實驗過程中布置的三臺終端設(shè)備滿足連通需求,按照上述布置的實驗操作環(huán)境,進行數(shù)據(jù)安全傳輸性能的測試,測試過程參照圖1所示的流程。常!”。此結(jié)果代表了操作設(shè)備在集成電力通信數(shù)據(jù)加密傳輸方法后,可實現(xiàn)對電力通信數(shù)據(jù)的安全與穩(wěn)定傳輸,傳輸過程無異常現(xiàn)象。由于此次傳輸?shù)碾娏νㄐ艛?shù)據(jù)屬于多信道數(shù)據(jù),因此可認為實驗結(jié)果不存在偶然性。

結(jié)束語:本文提出一種基于AES算法的電力通信數(shù)據(jù)加密傳輸方法,并在完成方法設(shè)計后,選擇某電力單位2021年2月份的電力通信數(shù)據(jù)作為此次實驗的樣本數(shù)據(jù),將設(shè)計的電力通信數(shù)據(jù)加密傳輸方法集成到電力單位現(xiàn)有的通信系統(tǒng)中,進行加密傳輸方法應(yīng)用效果的實踐檢驗,經(jīng)過此次實驗證明了設(shè)計的方法在實際應(yīng)用中,可保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩裕瑵M足電力通信系統(tǒng)對于數(shù)據(jù)傳輸工作的需求。

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