TEA算法在智能远程抄表系统中的应用 | 夏冰加密软件技术博客
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TEA算法在智能远程抄表系统中的应用

“智能远程抄表系统”是用电计费管理系统中的一项新技术。它从根本上克服了传统人工抄表模式的弊端,为用电计费提供了现代化的管理方法。该系统主要由单相电能表、485总线通信子系统和监测子系统等三部分组成。

其结构如图所示
TEA算法在智能远程抄表系统中的应用

单相电能表安装在用户家中,对电能进行采集、显示和传输;楼宇集中器保存每个连接到它的单相电能表的计量数据;小区中继计算机只需访问各个楼宇集中器,便可以将系统中的单相电能表读数逐个取出、存入本地数据库,并通过公用电话网或Internet上传到供电公司。

单相电能表选用MSP430FE423作为核心控制芯片,系统计量时产生的数据和密钥种子保存在MSP430的片内RAM和flashROM中,其UART口上扩展了MAX3082组成的RS-485接口同楼宇集中器通讯。楼宇集中器以MSP430F147作为核心控制芯片,它的两个UART口上都扩展了RS-485接口,片外接入32k*8位的E2PROM存储器24C256保存所联接的户用采集器的数据。每个楼宇集中器和其联接的单相电能表都通过外接的8位拨码开关设置有惟一的节点地址。小区中继计算机通过牛顿-7520模块实现RS-232接口到RS485接口的电平转换后接入485总线。

485总线通信子系统中通信所采用的报文格式由长度场、命令场、数据场、校验场等部分组成。报文是变长的,所以需要长度场说明报文长度;命令场说明要执行的命令编号;数据场为相应数据内容;校验场进行报文的完整性校验,它使报文的内容符合某种数学规律,以验证报文内容是有意义可以解释执行的。系统对报文除校验场之外的内容逐字节进行带进位加法,得到的2字节和作为完整性校验码填入校验场。因为报文的格式固定,长度较短(不超过64个字节),所以很容易被外界监听、分析、伪造,从而对计费系统的安全运行造成影响。为此,在系统中选用TEA算法保证传输数据的安全。

加密函数首先对长度不足64字节的报文填充随机字符,生成长度为64字节的定长明文,明文以8字节作为一个数据块,共有8个数据块。加密函数根据保存在系统中的“密钥种子”生成8个不同的密钥,然后对8个数据块,分别用8个密钥加密,生成64字节的密文。系统在发送密文前,首先发送4个16进制数“A5”作为前导,随后是报文的源节点地址、目的节点地址。接收端收到连续的4个“A5”后,接收报文的源、目的节点地址。当接收端收到目的节点地址与本机节点地址相同后,开始继续接收64个字节的密文。解密函数,采用相同的“密钥种子”计算得到密钥,对密文解密。得到报文后,还需要进行完整性校验,若正确就根据报文内容进行操作,并产生响应报文加密后发回。

加密函数流程:
TEA算法在智能远程抄表系统中的应用

解密函数流程:
TEA算法在智能远程抄表系统中的应用

结语经过精心设计的密钥和TEA算法的高可靠性、高速度的优点,使“智能远程抄表系统”的实时性、通信安全得到了保证。同时,TEA算法可以用C语言、汇编语言等实现,它能高效、安全地运行在大多数嵌入式处理器上,因此在嵌入式系统通信中有广泛的应用价值

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