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摘要：根据智能电能表的工作原理，结合智能电能表的组成结构，从而分析智能电能表数据安全防护需要关注的重点，主要探讨在EEPROM数据安全、加密算法、密文与线路保护、安全认证等几个环节的安全防护技术。
关键词：智能电能表；防护技术；数据安全；EEPROM数据
比起普通电能表，智能电能表是一种全电子电能表，智能电能表是全电子式电能表，内置时钟，通信接口多，完备的通信接口，不仅有计量功能，还能实现双向计量、自动采集、分时电价、阶梯电价、控制、冻结、监测等功能，可靠性能高、安全等级高、存储容量大。智能电能表可以保证分布式电能计量以及供需方进行互动，在建设智能家居、小区等方面发挥基础作用。智能电能表数据安全是最核心的因素，所以，智能电能表的数据信息存储、传输安全等是近年来的研究热点。
一、智能电能表的原理与结构
1.1工作原理
电能计量、信息存储与处理、控制、监测等是智能电能表主要的功能，内嵌ESAM模块成为智能电能表的设计首选。芯片被内嵌到智能电能表里面，从而具备了双向身份确认、线路加密传输、数据加密及解密、数据存储及存取权限管理等功能。如：三相智能电能表在工作状态时，传感器件把电流、电压转化成采样信号，经过滤波过滤，再转为数字信号处理器。智能微处理器（MCU）可以进行分时计费以及所有的数据进行处理，专用电能芯片存储的数据经过串行接口被读出，同时按照预定的时间段进行分时电能计量，并显示有关数据，进行红外及RS485通讯、安全认证、载波或无线通讯、LCD显示、CPU卡功能、跳合闸等处理，对运行参数进行监测，实现对用电数据、各种事件的记录和存储。
1.2结构
智能电能表的硬件主要有：计量芯片、电压电流采样电路、电源模块、中央控制器（MCU）、存储单元、红外通信、控制回路、IC卡接口等。其中：通信接口以及数据存储区是关系数据安全的重要结构。红外通信接口、CPU卡接口、RS485通信接口以及其他通信接口用得较普遍。FLASH、EEPROM芯片用来存储数据得较多，较少使用铁电存储器（FRAM）。
二、数据安全防护的目的
智能电能表数据信息安全防护的作用是：数据在用电状态和与外界交换数据时，不被丢失、不被篡改、不发生意外泄露等。
2.1对数据安全防护进行危害的主要手段
2.1.1截取数据
比较多的方式是运用非法设备，并辅以一些技术手段，对正在传输的的数据进行截获。尤其是对一些通过密码进行验证的数据，由于在验证时密码数据正在线路传输，这时被非法设备捕捉到的话，那么整个验证过程就有可能被破译，有关数据就会被获取和篡改。
2.1.2复现数据
信息被非法设备截获后，非法设备会记录数据，但不会马上分析、破译数据，而是根据需要，把记录到的数据进行复制，并发送至电能表上，这样就改变了原有数据。
2.1.3差分能耗分析方法/（DPA）
近年来，加解密的技术得到了快速发展，Paul在1999年首次提出功耗分析的技术方法，这是一种利用ESAM进行密码运算获取泄漏的信息，用统计分析对密码算法规律，从而来破解加密系统得到有关信息。目前，差分功耗分析（differentialpoweranalysis，DPA）对密码芯片最有效、也最快。
2.2数据安全防护关键
2.2.1中央处理器的数据安全性
重点考虑的是对数据存储器的可靠性、冗余度以及数据可恢复性，若电能表在产生、存储数据过程中，自身有不安全因素存在，会因为现场运行环境使数据的不可靠性增加，这样的话，之后的数据读取的安全性也会受其影响。所以，最关键是对原始数据进行保护。为此，采用等级高的电子元器件，并在电路设计和EMC测试上下功夫，确保电能表数据物理安全性。
2.2.2用户在读取、修改电能表数据的安全性
重点考虑的是数据修改权限以及数据传输不被窃取等。有很多种方法，比如封印、开盖记录、密码验证、硬件编程开关等。
三、数据信息安全防护措施
3.1EEPROM数据安全
从电能表分析，实现计算功能主要依靠EEPROM的存储数据。电能表出厂后，对校表数据进行写保护，不要进行变更。这样存储的数据在运行时要进行数据校验，并且数据经过多重的备份，数据就不容易出现错误。100万次写操作是EEPROM存储芯片的寿命，在设计时要充分考虑进去，合理设置存储芯片单元。要等效扩大寿命可以采用“数据轮转池”，并用于存储常用的读写数据。如果数据必须进行多次修改的话，那么可以采用FRAM，因为它具备理论上的无限次读写寿命，能够确保在全部寿命周期内，频繁读写存储芯片数据，不会因为导致存储寿命而导致数据保存出错。
3.2更高级的加密算法
被称为信息安全核心的数据加密技术，也是最基础的安全技术，起先多用来对数据存储、传输进行保密。它采用变换、置换，把需要保护的数据信息转换成密文以后进行存储、传输，就算是信息被外人获得，也因为被加密而无法被认知，数据依然是安全的。密码算法以及密钥长度决定这种方法的保密性。加密算法是根本，确保信息安全，具备鉴别、完整性、抗抵赖等功能，相当于一套用于加密、解密的数学函数，主要有序列、分组、公钥密码以及散列函数等，当前，DES或3DES算法采用的较为普遍。可是，这类算法也有不利地方，因为这类算法都是公开算法，DPA技术对它的攻击较为容易。因此，采用不公开算法较为有利，比如SM1算法，这是一种对称加密算法，数据安全防护能力较高。
3.3密文与线路保护
ESAM存储空间不大，而必须保护的数据很多，因此，EEPROM便要承担不少的数据存储任务。但是EEPROM编程开关、密码验证等防护能力低，并且是采用人工操作，这是远程和自动运行极为不便。因引，要配合使用密文和线路保护。一方面采用线路保护的方式，保证信息不被被非法篡改，另一方面，采用报文加密保证读写安全。
3.4安全认证
认证是对双方身份的合法性确认，当外部设备与电能表之间要进行数据交换，第一步就是验证身份。只有通过合法性认证，数据传输通道才能形成。在认证时，密钥不会传输，仅进行运算，从而密钥不会被非法截获。作为防止数据截获的有效手段之一，可以实现未知密钥的基础上进行认证，非法设备无法进行跟踪，不能模拟认证操作，不能读写数据。
四、结束语
智能电网是电网未来发展的必然趋势，智能电能表作为智能用电系统中的重要基础，加强智能电能表的推广和应用，亦是电网实现智能化的重要体现之一。电力公司、用户是依靠智能电能表进行连接，要依靠它来实现双向服务，因此，智能电能表的重要性和安全性至关重要，因引，我们要切实加强电能表数据的安全防护，建立坚强有力的信息安全技术，不断推进智能电网建设。
参考文献：
[1]王勤初，智能電能表信息安全防护技术，电测与仪表，2010，（22）：146.
[2]冯占成，智能电能表信息交换安全防护检测探讨，计量技术，2011（9）：88-89.
[3]王黎军，陆东林.浅谈智能电能表在智能用电系统中的重要性[J].科学之友，2012（03）：139-141.
[4]吕丽.智能电能表在电网系统中的应用探讨[J].数字技术与应用，2012（10）：209-211.
[5]董思思，阮宵君，谭小倩.浅谈智能电能表的主要功能与特色[J].电子世界，2012（22）：61-62.
关键词：智能电能表；防护技术；数据安全；EEPROM数据
比起普通电能表，智能电能表是一种全电子电能表，智能电能表是全电子式电能表，内置时钟，通信接口多，完备的通信接口，不仅有计量功能，还能实现双向计量、自动采集、分时电价、阶梯电价、控制、冻结、监测等功能，可靠性能高、安全等级高、存储容量大。智能电能表可以保证分布式电能计量以及供需方进行互动，在建设智能家居、小区等方面发挥基础作用。智能电能表数据安全是最核心的因素，所以，智能电能表的数据信息存储、传输安全等是近年来的研究热点。
一、智能电能表的原理与结构
1.1工作原理
电能计量、信息存储与处理、控制、监测等是智能电能表主要的功能，内嵌ESAM模块成为智能电能表的设计首选。芯片被内嵌到智能电能表里面，从而具备了双向身份确认、线路加密传输、数据加密及解密、数据存储及存取权限管理等功能。如：三相智能电能表在工作状态时，传感器件把电流、电压转化成采样信号，经过滤波过滤，再转为数字信号处理器。智能微处理器（MCU）可以进行分时计费以及所有的数据进行处理，专用电能芯片存储的数据经过串行接口被读出，同时按照预定的时间段进行分时电能计量，并显示有关数据，进行红外及RS485通讯、安全认证、载波或无线通讯、LCD显示、CPU卡功能、跳合闸等处理，对运行参数进行监测，实现对用电数据、各种事件的记录和存储。
1.2结构
智能电能表的硬件主要有：计量芯片、电压电流采样电路、电源模块、中央控制器（MCU）、存储单元、红外通信、控制回路、IC卡接口等。其中：通信接口以及数据存储区是关系数据安全的重要结构。红外通信接口、CPU卡接口、RS485通信接口以及其他通信接口用得较普遍。FLASH、EEPROM芯片用来存储数据得较多，较少使用铁电存储器（FRAM）。
二、数据安全防护的目的
智能电能表数据信息安全防护的作用是：数据在用电状态和与外界交换数据时，不被丢失、不被篡改、不发生意外泄露等。
2.1对数据安全防护进行危害的主要手段
2.1.1截取数据
比较多的方式是运用非法设备，并辅以一些技术手段，对正在传输的的数据进行截获。尤其是对一些通过密码进行验证的数据，由于在验证时密码数据正在线路传输，这时被非法设备捕捉到的话，那么整个验证过程就有可能被破译，有关数据就会被获取和篡改。
2.1.2复现数据
信息被非法设备截获后，非法设备会记录数据，但不会马上分析、破译数据，而是根据需要，把记录到的数据进行复制，并发送至电能表上，这样就改变了原有数据。
2.1.3差分能耗分析方法/（DPA）
近年来，加解密的技术得到了快速发展，Paul在1999年首次提出功耗分析的技术方法，这是一种利用ESAM进行密码运算获取泄漏的信息，用统计分析对密码算法规律，从而来破解加密系统得到有关信息。目前，差分功耗分析（differentialpoweranalysis，DPA）对密码芯片最有效、也最快。
2.2数据安全防护关键
2.2.1中央处理器的数据安全性
重点考虑的是对数据存储器的可靠性、冗余度以及数据可恢复性，若电能表在产生、存储数据过程中，自身有不安全因素存在，会因为现场运行环境使数据的不可靠性增加，这样的话，之后的数据读取的安全性也会受其影响。所以，最关键是对原始数据进行保护。为此，采用等级高的电子元器件，并在电路设计和EMC测试上下功夫，确保电能表数据物理安全性。
2.2.2用户在读取、修改电能表数据的安全性
重点考虑的是数据修改权限以及数据传输不被窃取等。有很多种方法，比如封印、开盖记录、密码验证、硬件编程开关等。
三、数据信息安全防护措施
3.1EEPROM数据安全
从电能表分析，实现计算功能主要依靠EEPROM的存储数据。电能表出厂后，对校表数据进行写保护，不要进行变更。这样存储的数据在运行时要进行数据校验，并且数据经过多重的备份，数据就不容易出现错误。100万次写操作是EEPROM存储芯片的寿命，在设计时要充分考虑进去，合理设置存储芯片单元。要等效扩大寿命可以采用“数据轮转池”，并用于存储常用的读写数据。如果数据必须进行多次修改的话，那么可以采用FRAM，因为它具备理论上的无限次读写寿命，能够确保在全部寿命周期内，频繁读写存储芯片数据，不会因为导致存储寿命而导致数据保存出错。
3.2更高级的加密算法
被称为信息安全核心的数据加密技术，也是最基础的安全技术，起先多用来对数据存储、传输进行保密。它采用变换、置换，把需要保护的数据信息转换成密文以后进行存储、传输，就算是信息被外人获得，也因为被加密而无法被认知，数据依然是安全的。密码算法以及密钥长度决定这种方法的保密性。加密算法是根本，确保信息安全，具备鉴别、完整性、抗抵赖等功能，相当于一套用于加密、解密的数学函数，主要有序列、分组、公钥密码以及散列函数等，当前，DES或3DES算法采用的较为普遍。可是，这类算法也有不利地方，因为这类算法都是公开算法，DPA技术对它的攻击较为容易。因此，采用不公开算法较为有利，比如SM1算法，这是一种对称加密算法，数据安全防护能力较高。
3.3密文与线路保护
ESAM存储空间不大，而必须保护的数据很多，因此，EEPROM便要承担不少的数据存储任务。但是EEPROM编程开关、密码验证等防护能力低，并且是采用人工操作，这是远程和自动运行极为不便。因引，要配合使用密文和线路保护。一方面采用线路保护的方式，保证信息不被被非法篡改，另一方面，采用报文加密保证读写安全。
3.4安全认证
认证是对双方身份的合法性确认，当外部设备与电能表之间要进行数据交换，第一步就是验证身份。只有通过合法性认证，数据传输通道才能形成。在认证时，密钥不会传输，仅进行运算，从而密钥不会被非法截获。作为防止数据截获的有效手段之一，可以实现未知密钥的基础上进行认证，非法设备无法进行跟踪，不能模拟认证操作，不能读写数据。
四、结束语
智能电网是电网未来发展的必然趋势，智能电能表作为智能用电系统中的重要基础，加强智能电能表的推广和应用，亦是电网实现智能化的重要体现之一。电力公司、用户是依靠智能电能表进行连接，要依靠它来实现双向服务，因此，智能电能表的重要性和安全性至关重要，因引，我们要切实加强电能表数据的安全防护，建立坚强有力的信息安全技术，不断推进智能电网建设。
参考文献：
[1]王勤初，智能電能表信息安全防护技术，电测与仪表，2010，（22）：146.
[2]冯占成，智能电能表信息交换安全防护检测探讨，计量技术，2011（9）：88-89.
[3]王黎军，陆东林.浅谈智能电能表在智能用电系统中的重要性[J].科学之友，2012（03）：139-141.
[4]吕丽.智能电能表在电网系统中的应用探讨[J].数字技术与应用，2012（10）：209-211.
[5]董思思，阮宵君，谭小倩.浅谈智能电能表的主要功能与特色[J].电子世界，2012（22）：61-62.