DES加密算法在抄表系統(tǒng)中的應(yīng)用就是把用戶水、電、氣的消耗量，通過(guò)DES加密算法，生成一段密文顯示在儀表液晶屏上，用戶可以主動(dòng)向信息采集中心提交此密文申報(bào)抄表，這種方式，不但有效地以較低成本解決了能源供應(yīng)商的數(shù)據(jù)采集問(wèn)題，而且也是用戶們較客易接受的抄表方式，系統(tǒng)的多重保險(xiǎn)機(jī)制，保證了數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確性。

一、基于DES加密算法的抄表系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、抄表系統(tǒng)的工作原理

如圖1，在這一系統(tǒng)中，用戶端的單片機(jī)對(duì)日期、儀表讀數(shù)、序列號(hào)進(jìn)行處理，獲得一個(gè)壓縮編碼，然后通過(guò)DES加密算法對(duì)此編碼進(jìn)行加密，其中，當(dāng)前日期由硬件系統(tǒng)中的日歷芯片產(chǎn)生，儀表讀數(shù)由數(shù)據(jù)采集端輸入，序列號(hào)為產(chǎn)品出廠時(shí)對(duì)每個(gè)采集系統(tǒng)設(shè)定的一個(gè)唯一標(biāo)識(shí)號(hào)，保存于ROM中，每個(gè)序列號(hào)綁定一個(gè)用戶，居民用戶通過(guò)液晶屏獲得密文，就可以憑此密文到交費(fèi)點(diǎn)申報(bào)和繳費(fèi)，也可以通過(guò)電話、短信、網(wǎng)絡(luò)等方式申報(bào)或繳費(fèi)，在數(shù)據(jù)采集端，系統(tǒng)獲得密文后，對(duì)密文進(jìn)行解析，獲得序列號(hào)、儀表讀數(shù)、申報(bào)日期的信息，然后再?gòu)臄?shù)據(jù)庫(kù)中找出序列號(hào)所對(duì)應(yīng)的用戶記錄，進(jìn)行簡(jiǎn)單的存儲(chǔ)和計(jì)算后，就可以完成一次數(shù)據(jù)采集或收費(fèi)，在用戶提交密文申報(bào)抄表時(shí)，如果人為的修改密文數(shù)據(jù)，則系統(tǒng)在DES解密或編碼解析時(shí)，就會(huì)提示錯(cuò)誤信息，從而能準(zhǔn)確的檢測(cè)出無(wú)效數(shù)據(jù)。

2、抄表系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)工作主要集中在用戶端設(shè)計(jì)，在數(shù)據(jù)采集端不需要專門的硬件設(shè)計(jì)，所有的工作都可以由PC機(jī)完成。用戶端的硬件主要包括采集模塊、CPU模塊和顯示模塊3個(gè)部分組成，采集模塊主要完成數(shù)據(jù)量化和傳遞的功能，它把能耗(水、電、氣)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信息，并傳遞給CPU進(jìn)行處理，常用的“三表”數(shù)據(jù)的記錄大都采用齒輪傳遞，所以，可以考慮在原襄頭個(gè)位數(shù)齒輪邊上安一塊小磁鋼，在齒輪的一側(cè)固定一只開(kāi)關(guān)型霍爾元件，霍爾元件產(chǎn)生的¨0""1¨信號(hào)由放大器放大后，通過(guò)光偶進(jìn)入到CPU模塊，就完成了數(shù)據(jù)量化的功能。對(duì)于電能表，可以使用PT和CT采集電壓和電流信號(hào)，電壓電流信號(hào)經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換進(jìn)入CPU模塊，把電壓和電流值相乘，就可以采集剜單位時(shí)間的耗能值。CPU模塊是整個(gè)硬件系統(tǒng)的核心，數(shù)據(jù)的編碼和DES加密．都是在CPU模塊完成，圖2所示的是基于8031單片機(jī)的硬件系統(tǒng)原理圖，圖中省去了采集模塊（對(duì)水表、電表、氣表的采集電路不一樣）。系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，先從采集模塊獲取當(dāng)脯能耗數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)計(jì)算，可以得到該用戶的總能耗，把這一數(shù)值輸送到液晶顯示屏1601上顯示，然后系統(tǒng)從日歷芯片PCF8563中讀出當(dāng)前日期，再?gòu)腇PROM中讀出系統(tǒng)序列號(hào)。有了上述3個(gè)數(shù)據(jù)，系統(tǒng)就可以進(jìn)行編碼和加密了。每一次加密生成的密文都先保存于EEPROM2864A中，然后送至1601液晶屏顯示．由于家庭抄表塒實(shí)時(shí)性要求不高，在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，我們采取每5 min更新一次密文．儀表的讀數(shù)和巒文在液晶屏上每2 min交管顯示一次，以使用戶知道當(dāng)前儀表實(shí)際讀數(shù)。

3、查表系統(tǒng)軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

（1） DES加密算法簡(jiǎn)介

數(shù)據(jù)加密標(biāo)準(zhǔn)(DES)是美國(guó)經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間征集和篩選后，于1977年由美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)局頒布的一種加密算法，它主要用于民用敏感信息的加密，后來(lái)被國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織接受作為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。DES主要采用替換和移位的方法加密，它用56位密鈳對(duì)64位二進(jìn)制數(shù)據(jù)塊進(jìn)行加密，每次加密可對(duì)6位的輸入效撕進(jìn)行16輪編碼，經(jīng)一系列替換和移位后，輸入的64位原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成完全不同的64位輸出數(shù)據(jù)。DES加密算法僅使用最大為64位的標(biāo)準(zhǔn)算術(shù)和邏輯運(yùn)算，運(yùn)算速度快，密鑰生產(chǎn)容易，適合于在當(dāng)前大多數(shù)計(jì)算機(jī)上用軟件方法實(shí)現(xiàn)，同時(shí)也適合于在專用芯片上實(shí)現(xiàn)，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，我們沒(méi)有使用專用的加密芯片來(lái)進(jìn)行加密，這是因?yàn)榭紤]到抄表系統(tǒng)對(duì)實(shí)時(shí)性要求不高，而8031又有足夠的計(jì)算能力和存儲(chǔ)空刨，完全可以完成所需的加密操作。

（2）數(shù)據(jù)的編碼

前面已經(jīng)提到，我們所說(shuō)的抄表系統(tǒng)的工作方式不同于人工抄表和遠(yuǎn)程抄表，它依靠用戶申報(bào)的密文來(lái)工作，因此，這就對(duì)密文的形式提出了要求：

①密文表達(dá)方式必須簡(jiǎn)單，容易讓普通百姓識(shí)別；

②密文的長(zhǎng)度必須盡可能短；

③密文要包含抄表所需的所有信息。

DES加密算法是用56位密鑰對(duì)64位二進(jìn)制數(shù)據(jù)塊進(jìn)行加密，輸出64 bit的二進(jìn)制效，由此可知，如果輸入數(shù)據(jù)小于或等于64 bit。則輸出為64 bit，如果輸人大于64 bit。則輸出就至少為128 bit或更多，為了把密文的長(zhǎng)度限制在64 bit(8Byte)。必須對(duì)輸人數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮編碼，為了最大限度的利用有限編碼長(zhǎng)度，我們采取按位進(jìn)行編碼，見(jiàn)表1。

在這種編碼結(jié)構(gòu)中，年、月、日占16位，可以覆蓋2005年至2099年的范圍，序列號(hào)占28位，覆蓋范圍為0~268435455，儀表讀數(shù)為20位，覆蓋范圍為0~1048575，
采用這種編碼方式，輸出的密文為固定的8 B)ie的長(zhǎng)度，顯示在液晶屏上為16個(gè)十六迸鑭字符(0-9，A-F)。其長(zhǎng)度相當(dāng)于身份證號(hào)的長(zhǎng)度，在抄寫的時(shí)候，不容易出錯(cuò)。

（3）數(shù)據(jù)采集端程序設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)采集端的程序運(yùn)行在PC機(jī)上，其主要在各收費(fèi)站和信息采集中心使用．采集程序按功能主要分為3個(gè)子系統(tǒng)：密文接納子系統(tǒng)、密文解析子系統(tǒng)、用戶數(shù)據(jù)庫(kù)子系統(tǒng)。密文接納系統(tǒng)要求能和用戶互動(dòng)交流，不但能接受信息，還要反饋相應(yīng)信息。用戶可以通過(guò)電話、網(wǎng)絡(luò)、短信等方式向信息中心提交，密文，這就要求在軟件設(shè)計(jì)中，要考慮密文接納方式的多樣性，密文解析系統(tǒng)完成的工作是解密和解碼的過(guò)程。在這一過(guò)程中，要結(jié)合數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)中的用戶信息，分辨出當(dāng)前信息是否有效，并通過(guò)密文接納系統(tǒng)。向用戶發(fā)送反饋信息，圖4所示為一個(gè)具有加密和解析功能的程序界面。

數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)足整個(gè)系統(tǒng)的核心，據(jù)庫(kù)中每一條用戶記錄都和一臺(tái)儀表的序列號(hào)相對(duì)應(yīng)。依照密文解析系統(tǒng)解析出的序列號(hào)，就可以找到唯一的用戶記錄，由此就可以對(duì)用戶耗能倍息進(jìn)行添加或修改。

2 系統(tǒng)的可靠性設(shè)計(jì)

在本系統(tǒng)中，由于抄表采用了用戶申報(bào)的形式，因此系統(tǒng)對(duì)非法的密文必須有強(qiáng)大的辨識(shí)能力。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，采用了四重保險(xiǎn)機(jī)制，以確保數(shù)據(jù)的正確性。

①密文標(biāo)準(zhǔn)性檢測(cè)，所有的密文都是長(zhǎng)度為16的字符串，字符的形式是十六進(jìn)制(0-9，A-F)，一切其它形式的密文被說(shuō)為非法。

②運(yùn)用DES解密算法本身的特性，對(duì)非法的密文的解密不能獲得有效的字符串，一旦用戶錯(cuò)誤的抄寫了密文或者人為的修改了密文，解密后獲得的就可能是空字符串或其它非法字符串（含有非十六進(jìn)制字符）。對(duì)這種情況，系統(tǒng)向用戶反饋申報(bào)無(wú)效的信息。

③系統(tǒng)在獲得一個(gè)有效的序列號(hào)時(shí)，在系統(tǒng)中調(diào)出相應(yīng)用戶的記錄，比較歷史記錄和當(dāng)前信息中的時(shí)間值和能耗值，如果當(dāng)前時(shí)間仇或能耗值小于上次記錄，則反饋申報(bào)無(wú)效。最后，在系統(tǒng)完成一次抄表時(shí)，會(huì)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)、短信平臺(tái)給用戶發(fā)送申報(bào)成功的信息，并發(fā)送本次抄表的相關(guān)數(shù)值信息，如果用戶沒(méi)有提出異議，則系統(tǒng)默認(rèn)此次抄表成功．如果用戶直接到收費(fèi)點(diǎn)進(jìn)行申報(bào)，則所有反饋信息都由操作員向用戶傳達(dá)。

三、DES加密算法抄表系統(tǒng)特點(diǎn)

1、有效的把抄表的主動(dòng)權(quán)由供應(yīng)商轉(zhuǎn)移到用戶手中，用戶可以在任何時(shí)間段申報(bào)抄表，因而是用戶較容易接受的方式。

2、硬件投資小，硬件的投資主要是在用戶端的采集儀表上，由于系統(tǒng)硬件實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，花費(fèi)成本較低。無(wú)論是對(duì)水、電、氣的采集儀表，成本都可以控制在一百元以內(nèi)。

3、系統(tǒng)維護(hù)簡(jiǎn)單，目前我們所見(jiàn)的遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)，都是基于網(wǎng)絡(luò)的，他們要為每一個(gè)用戶提供一個(gè)網(wǎng)絡(luò)接口，因此對(duì)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的維護(hù)成本很高?；贒ES壓縮算法的抄表系統(tǒng)在用戶端不直接采用網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)，而采用最古老的方式——-人工傳達(dá)，因此，維護(hù)成本極低。

4、密文傳送形式的多樣性，用戶從儀表上讀到密文后．可以以自己喜歡的方式向信息中心提交密文，可以用電話、短信、網(wǎng)絡(luò)的方式，甚至可以親自送交到信息采集部門。

隨著時(shí)代的發(fā)展，基于通信網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程抄表方式必然是未來(lái)發(fā)展的方向，但是，可能我們還要經(jīng)歷一個(gè)比較長(zhǎng)的時(shí)間才能實(shí)現(xiàn)全國(guó)范圍的遠(yuǎn)程抄表實(shí)施?；贒ES加密算法的抄表系統(tǒng)，可以看成一個(gè)半自動(dòng)化的抄襲系統(tǒng)，它作為人工抄表和遠(yuǎn)程抄襲之間的一個(gè)過(guò)渡性產(chǎn)品，主要用于解決那些建立比較早、基礎(chǔ)設(shè)施不完善的小區(qū)的抄襲問(wèn)題。

admin

收藏 海報(bào)分享