一种电能表的自适应程序升级方法及系统
阅读：302发布：2020-05-11
专利汇可以提供一种电能表的自适应程序升级方法及系统专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种 电能 表的自适应程序升级方法及系统，其所述方法包括：待升级 电能表 接收基于系统主站发送的升级文件与签名文件；检测待升级电能表上是否存在 硬件 数字签名芯片；在检测待升级电能表上不存在硬件数字签名芯片后，判断所述升级文件是否需要硬件数字签名芯片的支持；在判断所述升级文件不需要硬件数字签名芯片支持后，利用数字签名的公钥对所述签名文件进行解密处理，验证所述升级文件是否正确；在验证所述升级文件正确之后，待升级电能表根据所述升级文件执行程序升级。在本发明 实施例 中，采用所述升级方法保障了升级文件的完整性与可行性，极大地降低人为误操作导致电能表升级后工作异常或无法再次进行程序升级的 风 险。，下面是一种电能表的自适应程序升级方法及系统专利的具体信息内容。
1.一种电能表的自适应程序升级方法，其特征在于，所述方法包括：
待升级电能表接收基于系统主站发送的升级文件与签名文件；
检测所述待升级电能表上是否存在硬件数字签名芯片；
在检测所述待升级电能表上不存在所述硬件数字签名芯片后，判断所述升级文件是否需要所述硬件数字签名芯片的支持；
在判断所述升级文件不需要所述硬件数字签名芯片的支持后，利用数字签名的公钥对所述签名文件进行解密处理，验证所述升级文件是否正确；
在验证所述升级文件正确之后，所述待升级电能表根据所述升级文件执行程序升级。
2.根据权利要求1所述的电能表的自适应程序升级方法，其特征在于，在所述待升级电能表接收基于系统主站发送的升级文件与签名文件之前，包括：
系统主站获取所述待升级电能表的升级信息和所述升级文件；
基于哈希算法对所述升级文件进行处理得到摘要信息；
基于数字签名的私钥对所述摘要信息进行加密处理，生成所述签名文件；
基于所述升级信息将所述升级文件与所述签名文件传输至所述待升级电能表。
3.根据权利要求1所述的电能表的自适应程序升级方法，其特征在于，在检测所述待升级电能表上是否存在所述硬件数字签名芯片之后，包括：
若检测所述待升级电能表上存在硬件数字签名芯片时，利用数字签名的公钥对所述签名文件进行解密处理；
若检测所述待升级电能表上不存在硬件数字签名芯片时，判断所述升级文件是否需要所述硬件数字签名芯片的支持。
4.根据权利要求3所述的电能表的自适应程序升级方法，其特征在于，所述判断所述升级文件是否需要所述硬件数字签名芯片的支持包括：
基于哈希算法将升级包进行摘要运算，生成第一摘要信息；
判断所述第一摘要信息与所述待升级电能表中原先存储的摘要信息是否一致；
若一致，判断所述升级文件需要所述硬件数字签名芯片的支持，所述待升级电能表终止升级；
若不一致，判断所述升级文件不需要所述硬件数字签名芯片的支持，利用数字签名的公钥对所述签名文件进行解密处理。
5.根据权利要求4所述的电能表的自适应程序升级方法，其特征在于，所述升级包包括所述升级文件和所述签名文件。
6.一种电能表的自适应程序升级系统，其特征在于，所述系统包括：
接收模块，用于接收基于系统主站发送的升级文件与签名文件；
检测模块，用于检测待升级电能表上是否存在硬件数字签名芯片；
判断模块，用于判断所述升级文件是否需要所述硬件数字签名芯片的支持；
解密模块，用于利用数字签名的公钥对所述签名文件进行解密处理，验证所述升级文件是否正确；
升级模块，用于根据所述升级文件对所述待升级电能表执行程序升级。
7.根据权利要求6所述的电能表的自适应程序升级系统，其特征在于，所述系统还包括：
系统主站，用于获取所述待升级电能表的升级信息和所述升级文件；
基于哈希算法将所述升级文件进行处理得到摘要信息；
基于数字签名的私钥对所述摘要信息进行加密处理，生成所述签名文件；
基于所述升级信息将所述升级文件和所述签名文件传输至所述待升级电能表。
8.根据权利要求6所述的电能表的自适应程序升级系统，其特征在于，所述判断模块用于基于哈希算法将升级包进行摘要运算并生成第一摘要信息，所述升级包包括所述升级文件和所述签名文件；
判断所述第一摘要信息与所述待升级电能表中原先存储的摘要信息是否一致；
若一致，终止所述待升级电能表升级；
若不一致，利用数字签名的公钥对所述签名文件进行解密处理。
一种电能表的自适应程序升级方法及系统
技术领域
背景技术
[0002] 随着电网自动化水平与生活用电水平的提高，人们对于电力能源的需求以及使用率逐年递增，电子式电能表的应用愈发广泛。为方便电力公司的集中管理，满足客户使用的新需求，在不增加客户使用成本的前提下，现有市场上已形成一种相对成熟的电能表程序升级方法。该升级方法是通过计算升级文件的CRC或者MD5值，利用非对称式加密的方式将升级文件与计算后的校验值发送至待升级电能表，然后通过数字签名技术确保升级文件的完整一致后，待升级电能表进行程序升级。
[0003] 但是，在现有技术中更多的是考虑到升级文件的安全性问题，确保电能表能够获取完整的升级文件后进行程序升级，但在判断电能表是否可升级的问题上并没有涉及到，从而无法避免不匹配的电能表被误升级后出现工作异常或者无法进行再次升级的情况，反而会影响现场应用的效率，增加客户的使用成本。
发明内容
[0004] 本发明的目的在于克服现有技术的不足，本发明提供了一种电能表的自适应程序升级方法及系统，在利用数字签名技术保证待升级电能表获取完整的升级文件的同时，通过检测待升级电能表的硬件是否支持程序升级来保证升级的可行性，极大地降低人为误操作导致电能表误升级后工作异常或无法再次进行程序升级的风险。
[0005] 为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种电能表的自适应程序升级方法，所述升级方法包括：
[0006] 待升级电能表接收基于系统主站发送的升级文件与签名文件；
[0007] 检测所述待升级电能表上是否存在硬件数字签名芯片；
[0008] 在检测所述待升级电能表上不存在所述硬件数字签名芯片后，判断所述升级文件是否需要所述硬件数字签名芯片的支持；
[0009] 在判断所述升级文件不需要所述硬件数字签名芯片的支持后，利用数字签名的公钥对所述签名文件进行解密处理，验证所述升级文件是否正确；
[0010] 在验证所述升级文件正确之后，所述待升级电能表根据所述升级文件执行程序升级。
[0011] 可选的，在所述待升级电能表接收基于系统主站发送的升级文件与签名文件之前，包括：
[0012] 系统主站获取所述待升级电能表的升级信息和所述升级文件；
[0014] 基于数字签名的私钥对所述摘要信息进行加密处理，生成所述签名文件；
[0015] 基于所述升级信息将所述升级文件与所述签名文件传输至所述待升级电能表。
[0016] 可选的，在检测所述待升级电能表上是否存在所述硬件数字签名芯片之后，包括：
[0017] 若检测所述待升级电能表上存在硬件数字签名芯片时，利用数字签名的公钥对所述签名文件进行解密处理；
[0018] 若检测所述待升级电能表上不存在硬件数字签名芯片时，判断所述升级文件是否需要所述硬件数字签名芯片的支持。
[0019] 可选的，所述判断所述升级文件是否需要所述硬件数字签名芯片的支持包括：
[0020] 基于哈希算法将升级包进行摘要运算，生成第一摘要信息；
[0021] 判断所述第一摘要信息与所述待升级电能表中原先存储的摘要信息是否一致；
[0022] 若一致，判断所述升级文件需要所述硬件数字签名芯片的支持，所述待升级电能表终止升级；
[0023] 若不一致，判断所述升级文件不需要所述硬件数字签名芯片的支持，利用数字签名的公钥对所述签名文件进行解密处理。
[0024] 可选的，所述升级包包括所述升级文件和所述签名文件。
[0025] 另外，本发明实施例还提供一种电能表的自适应程序升级系统，所述系统包括：
[0026] 接收模块，用于接收基于系统主站发送的升级文件与签名文件；
[0027] 检测模块，用于检测待升级电能表上是否存在硬件数字签名芯片；
[0028] 判断模块，用于判断所述升级文件是否需要所述硬件数字签名芯片的支持；
[0029] 解密模块，用于利用数字签名的公钥对所述签名文件进行解密处理，验证所述升级文件是否正确；
[0030] 升级模块，用于根据所述升级文件对待升级电能表执行程序升级。
[0031] 可选的，所述系统还包括：
[0032] 系统主站，用于获取所述待升级电能表的升级信息和所述升级文件；
[0033] 基于哈希算法将所述升级文件进行处理得到摘要信息；
[0034] 基于数字签名的私钥对所述摘要信息进行加密处理，生成所述签名文件；
[0035] 基于所述升级信息将所述升级文件和所述签名文件传输至所述待升级电能表。
[0036] 可选的，所述判断模块用于基于哈希算法将升级包进行摘要运算并生成第一摘要信息，所述升级包包括所述升级文件和所述签名文件；
[0037] 判断所述第一摘要信息与所述待升级电能表中原先存储的摘要信息是否一致；
[0038] 若一致，终止所述待升级电能表升级；
[0039] 若不一致，利用数字签名的公钥对所述签名文件进行解密处理。
[0040] 在本发明实施例中，针对待升级电能表程序升级的安全性问题，通过采用数字签名技术，利用系统主站对升级文件的签名与所述待升级电能表对所述升级文件的验签，保证所述升级文件在传输过程中的完整性、一致性；针对待升级电能表程序升级的可行性问题，通过检测所述待升级电能表是否存在硬件数字签名芯片以及验证所述升级文件是否需要所述硬件数字签名芯片的支持，保证所述待升级电能表在允许范围内执行升级操作，极大地降低人为误操作导致电能表升级后工作异常或无法再次进行程序升级的风险。附图说明
[0041] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见的，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
[0042] 图1是本发明实施例公开的一种电能表的自适应程序升级方法的流程示意图；
[0043] 图2是本发明实施例公开的一种电能表的自适应程序升级系统的结构组成示意图。
具体实施方式
[0044] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
[0045] 请参阅图1，图1示出了本发明实施例中的一种电能表的自适应程序升级方法的流程示意图，所述方法包括如下步骤：
[0046] S101、系统主站获取待升级电能表的升级信息和升级文件；
[0048] 具体的，系统主站获取所述待升级电能表的表位信息，基于所述表位信息与所述待升级电能表建立通讯，读取所述待升级电能表的当前软件版本信息，再与所述最新软件版本信息进行比较，判断所述待升级电能表是否被允许升级；
[0050] 若所述当前软件版本信息与所述最新软件版本信息不一致，则继续执行步骤S102。
[0051] S102、基于哈希算法对所述升级文件进行处理，得到摘要信息；
[0052] 假设所述升级文件为M，基于哈希算法计算所述升级文件M的摘要信息为：e＝SHA(M)。
[0053] S103、基于数字签名的私钥对所述摘要信息进行加密处理，生成签名文件；
[0054] 具体的，系统主站基于数字签名的私钥对所述摘要信息进行加密处理，在这里选用椭圆曲线数字签名算法，包括以下步骤：
[0056] (2)在[1，n-1]的范围内随机选取整数k，并且设定k为数字签名的私钥，则数字签名的公钥K满足公式：K＝kG；
[0057] (3)在[1，n-1]的范围内随机选取一个整数d，在原始椭圆曲线Ep(a，b)上选择一个点p(x1，y1)，并且满足点p(x1，y1)到坐标原点的距离为dG；
[0058] (4)计算签名文件的一部分r＝x1 mod n，再对r值进行判断，若r＝0时，重新执行步骤(3)；若r≠0，继续执行步骤(5)；
[0059] (5)计算签名文件的另一部分s＝d-1*(e+kr)mod n；
[0060] (6)对所述摘要信息e进行加密处理后，生成的签名文件为(r，s)。
[0061] 需要说明的是，系统主站基于数字签名的私钥对所述摘要信息进行加密处理是采用公开密钥体系，当加密生成的签名文件在网络传输时，椭圆曲线Ep(a，b)、点p(x1，y1)、基点G、公钥K均为公开的参数。
[0062] S104、基于所述升级信息将所述升级文件与所述签名文件传输至所述待升级电能表；
[0064] 具体的，基于步骤S101中系统主站与所述待升级电能表建立通讯，系统主站将所述升级文件与所述签名文件按照规定的每次传输数据帧的大小传输至所述待升级电能表。
[0065] S105、所述待升级电能表接收到所述升级文件与所述签名文件；
[0066] S106、检测所述待升级电能表上是否存在硬件数字签名芯片；若不存在则执行步骤S107；若存在则执行步骤S108；
[0067] 需要说明的是，检测所述待升级电能表上是否存在硬件数字签名芯片为所述待升级电能表的自检过程，所述硬件数字签名芯片为ESAM芯片。
[0068] 具体的，所述待升级电能表的内部程序对所述ESAM芯片管脚进行初始化，向所述ESAM芯片发送复位时序，等待所述ESAM芯片回复复位应答信号，当循环发送几次后仍没有收到所述复位应答信号，则判断所述待升级电能表不存在硬件数字签名芯片，或者判断所述待升级电能表上存在故障的硬件数字签名芯片，执行步骤S107；当所述待升级电能表的内部程序收到所述复位应答信号，则判断所述待升级电能表存在硬件数字签名芯片，执行步骤S108。
[0069] 需要说明的是，在所述待升级电能表进行硬件数字签名芯片的自检之前，将根据所述升级文件携带的信息进行存储器容量匹配检测。基于所述升级文件携带的信息，所述待升级电能表将获取到所述升级文件在升级后可正常运行时所需要使用的存储器(EEPROM、FRAM、DataFlash)容量大小，再利用内部的程序对内部存储器芯片的code区大小进行读取，最后判断二者是否匹配。根据所述待升级电能表的自检结果，当所述升级文件升级到所述待升级电能表后需要用到的存储器容量与实际硬件资源不匹配时，说明所述待升级电能表在升级后将无法正常运行，因此所述待升级电能表将直接拒绝升级。
[0070] S107、所述待升级电能表判断所述升级文件是否需要所述硬件数字签名芯片的支持；若需要则执行步骤110；若不需要则执行步骤S108；
[0071] 具体的，所述待升级电能表基于哈希算法将升级包进行摘要运算并生成第一摘要信息，所述升级包包括所述待升级电能表接收到的所述升级文件和所述签名文件；判断所述第一摘要信息与所述待升级电能表中原先存储的摘要信息是否一致；若一致，则所述升级文件需要所述硬件数字签名芯片的支持，执行步骤S110；若不一致，则所述升级文件不需要所述硬件数字签名芯片的支持，执行步骤S108。
[0072] 需要说明的是，所述待升级电能表中原先存储的摘要信息是需要硬件数字签名芯片的程序计算而来的，若所述第一摘要信息与所述原先存储的摘要信息一致，说明所述待升级电能表进行程序升级时需要所述硬件数字签名芯片的支持。
[0073] S108、所述待升级电能表利用数字签名的公钥对接收到的所述签名文件进行解密处理，验证所述升级文件是否正确；若正确，则执行步骤S109；否则，执行步骤S110；
[0074] 需要说明的是，根据步骤S103，由于系统主站采用公开密钥体系，所述待升级电能表可获取到公开的数字签名的公钥K、点p(x1，y1)、椭圆曲线Ep(a，b)和基点G。
[0075] 具体的，所述待升级电能表利用数字签名的公钥K，对接收到的所述签名文件(r，s)进行解密，验证所述升级文件是否正确，包括如下步骤：
[0076] (1)假设接收到的所述升级文件为M1，计算所述升级文件M1的哈希摘要信息：e1＝SHA(M1)；
[0077] (2)计算s-1e1和n取模后的值：u1＝s-1e1 mod n；
[0078] (3)计算rs-1和n取模后的值：u2＝rs-1mod n；
[0079] (4)生成目标椭圆曲线X，满足公式：X＝u1G+u2K；
[0080] (5)对目标椭圆曲线X进行判断，若X＝0，则签名非法；若X≠0，计算x1和n取模后的值：v＝x1 mod n；
[0081] (6)对v和r进行比较，若v＝r，则验证所述升级文件是正确的，若v≠r，则验证所述升级文件被篡改。
[0082] 需要说明的是，一个加解密过程包含两个载体时，两个载体必须事先约定运用相同的算法，才能保证解密的结果有对照性，因此在解密过程中，所述待升级电能表所使用的哈希算法与所述系统主站所使用的哈希算法是一致的。
[0083] 需要说明的是，利用哈希算法进行运算时，存在一个明显的特征：两个完全相同的输入文件可以保证输出两个相同的摘要信息，哪怕其中一个输入文件稍作改变，输出的两个摘要信息也会有很大差别。
[0084] 在解密验证过程中采用反证法，假设所述待升级电能表接收到的所述升级文件与所述签名文件均为正确的，将该所述升级文件进行摘要运算生成摘要信息后，再将该所述摘要信息与所述签名文件经过一系列的运算，反证出所述待升级电能表接收到的所述签名文件为系统主站所发送的原始签名文件，验证了解密过程中使用到的摘要信息与加密过程中使用到的摘要信息一致，从而保证所述待升级电能表接收到的所述升级文件在传输过程中没有被篡改。
[0085] 可选的，验证待升级电能表接收到的所述升级文件是否正确的方法还包括：利用数字签名的公钥对所述待升级电能表接收到的所述签名文件进行解密处理，并获取解密后的第一摘要信息，所述第一摘要信息为原始升级文件进行摘要运算得到的摘要信息；基于哈希算法对所述待升级电能表接收到的所述升级文件进行摘要运算并生成第二摘要信息；判断所述第一摘要信息与所述第二摘要信息是否一致；若一致，则判断所述待升级电能表接收到的所述升级文件在传输过程中没有被篡改；若不一致，则判断所述待升级电能表接收到的所述升级文件在传输过程中被篡改。
[0086] S109、所述待升级电能表根据所述升级文件执行程序升级；
[0087] 具体的，所述待升级电能表验证所述升级文件正确后，将所述升级文件加载到代码区，执行程序升级。
[0088] S110、所述待升级电能表终止升级。
[0089] 具体的，所述待升级电能表验证所述升级文件不正确后，将生成告警信号，记录升级文件无效的信息。
[0090] 具体实施过程中，对待升级电能表执行程序升级至少满足三个前提条件：首先，所述待升级电能表在接收到所述升级文件后，进行常规的硬件存储器容量大小匹配的自检，保证所述升级文件升级后能正常运行所需要使用的存储器容量大小与所述待升级电能表内部的存储器容量大小匹配；其次，保证所述待升级电能表中存在硬件数字签名芯片，否则必须保证所述升级文件不需要所述硬件数字签名芯片的支持；最后，保证所述升级文件在系统主站下发至所述待升级电能表的过程中没有被篡改。其中，所述待升级电能表的自检能力对于程序升级的可行性起到至关重要的作用，包括硬件存储器容量的自检以及硬件数字签名芯片的自检。当待升级电能表同时满足上述三个前提条件时，才允许执行程序升级。基于所述三个前提条件，分别对两种电能表的升级情况进行分析：
[0091] (1)基于TDK6542GT的单相表，利用内部程序检测到所述TDK6542GT芯片中的EEPROM容量为64kb，FRAM容量为16kb，DataFlash容量为4Mb，若所述单相表根据接收到的升级文件所携带的信息获取到所述升级文件升级到表里后需要用到的EEPROM容量为128kb，相比于实际硬件资源(EEPROM容量为64kb)不匹配，则所述单相表将拒绝升级。
[0092] 若所述单相表根据接收到的升级文件所携带的信息获取到所述升级文件升级到表里后需要用到的EEPROM容量为64kb后，继续利用内部程序检测到本身不存在硬件数字签名芯片时，若判断所述升级文件需要所述硬件数字签名芯片的支持，则所述单相表将拒绝升级。
[0093] (2)基于TDK6543GT的三相表，利用内部程序检测到所述TDK6543GT芯片中的EEPROM容量为64kb，FRAM容量为16kb，DataFlash容量为4Mb，若所述三相表根据接收到的升级文件所携带的信息获取到所述升级文件升级到表里后需要用到的EEPROM容量为128kb，相比于实际硬件资源(EEPROM容量为64kb)不匹配，则所述三相表将拒绝升级。
[0094] 若所述三相表根据接收到的升级文件所携带的信息获取到所述升级文件升级到表里后需要用到的EEPROM容量为64kb后，继续利用内部程序检测到本身不存在硬件数字签名芯片时，若判断所述升级文件需要所述硬件数字签名芯片的支持，则所述三相表将拒绝升级。
[0095] 请参阅图2，图2示出了本发明实施例中的一种电能表的自适应程序升级系统的结构组成示意图，所述系统包括：
[0096] 系统主站201，用于获取待升级电能表的升级信息和升级文件；基于哈希算法将所述升级文件进行处理得到摘要信息；基于数字签名的私钥对所述摘要信息进行加密处理，生成签名文件；基于所述升级信息将所述升级文件和所述签名文件传输至所述待升级电能表。
[0097] 接收模块202，用于接收基于系统主站发送的所述升级文件与所述签名文件；
[0098] 检测模块203，用于检测所述待升级电能表上是否存在硬件数字签名芯片；
[0099] 判断模块204，用于判断所述升级文件是否需要所述硬件数字签名芯片的支持；
[0100] 具体的，所述判断模块用于基于哈希算法将升级包进行摘要运算并生成第一摘要信息，所述升级包包括所述升级文件和所述签名文件；判断所述第一摘要信息与所述待升级电能表中原先存储的摘要信息是否一致；若一致，则所述待升级电能表终止升级；若不一致，则利用数字签名的公钥对所述签名文件进行解密处理。
[0101] 解密模块205，用于利用数字签名的公钥对所述签名文件进行解密处理，验证所述升级文件是否正确；
[0102] 升级模块206，用于根据所述升级文件对所述待升级电能表执行程序升级。
[0103] 其中，所述系统被配置用于执行上述的所述电能表的自适应程序升级方法，针对所述系统中的各个模块的具体实施方式请参考上述的实施例，在此不再赘述。
[0104] 在本发明实施例中，针对待升级电能表程序升级的安全性问题，通过采用数字签名技术，利用系统主站对升级文件的签名与所述待升级电能表对所述升级文件的验签，保证所述升级文件在传输过程中的完整性、一致性；针对待升级电能表程序升级的可行性问题，通过检测所述待升级电能表是否存在硬件数字签名芯片以及验证所述升级文件是否需要所述硬件数字签名芯片的支持，保证所述待升级电能表在允许范围内执行升级操作，极大地降低人为误操作导致电能表升级后工作异常或无法再次进行程序升级的风险。
[0105] 本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：只读存储器(ROM，ReadOnly Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁盘或光盘等。
[0106] 另外，以上对本发明实施例所提供的一种电能表的自适应程序升级方法与系统进行了详细介绍，本文中应采用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
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