基于SM2加密算法的网络型电压监测系统的研发

摘要

随着电力改革的不断深入，智能电网已经成为电力系统发展中的重中之重。然而，随着智能电网建设的高速发展，其安全性问题也日益突出。特别是在进入网络通信时代，智能电网中数据安全问题也越来越突出。一方面，目前标准安全协议采用的RSA公钥密码算法已经逐渐不能满足智能电网中数据传输采用的商用密码算法的要求。另一方面，大量数据采集终端的并发接入使得智能电网中数据的可靠传输面临着挑战。基于上述背景，本文利用国家商用密码管理局颁布的SM2加密算法，研发了一种网络型电压监测系统，其主要研究成果如下：
　　首先本文研究了密码学基础，比较了当下两种主流密码算法的优缺点，并且重点研究了椭圆曲线密码算法的数学原理。其次以国家密码管理局公布的 SM2公钥算法规范为依据，研究了SM2加/解密算法和SM3杂凑算法的原理，并使用C语言和OpenSSL开源算法库对其进行了软件实现，从而提高了密码算法的运算效率。最后针对智能电网数据采集终端中存在的信息安全方面的威胁，设计了一个基于SM2加密算法的网络型电压监测系统的架构模型和硬件系统，并且基于该网络型电压监测仪的 ATmega128微处理器，设计了电压监测仪与上位机服务器之间数据传输的安全通信协议，将 SM2加/解密算法与SM3杂凑算法嵌入到其硬件系统中，从而实现了智能电网网络型电压监测仪和上位机服务器之间电压参数的安全传输。
　　对网络型电压监测系统进行了性能测试，结果表明：使用软件方式实现数据的加/解密的结果与现有的使用硬件方式实现数据加/解密性能相当、具有较高的安全性、准确性以及实用性，能够很好的达到对智能电网中电压数据进行实时监测的预期效果。

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第一章 绪论

1.1研究背景与意义

1.2国内外研究现状

1.3课题组研究基础与本文研究内容

1.4本章小结

第二章 椭圆曲线密码概述

2.1密码学概述

2.2公钥密码体制

2.3椭圆曲线密码概述

2.4本章小结

第三章 国家标准算法SM2软件实现

3.1 SM2算法的椭圆曲线

3.2 SM2算法的辅助函数

3.3 SM2加/解密算法流程与实现

3.4本章小结

第四章 基于SM2算法的网络型电压监测系统设计与实现

4.1网络型电压监测系统概述

4.2网络型电压监测系统设计

4.3通讯协议设计

4.4系统实现与实验结果

4.5本章小结

第五章 总结与展望

5.1总结

5.2展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间的主要学术成果