Устройство для учета информации о расходе электроэнергии и ее передачи в защищенном некорректируемом виде

Область техники
Предлагаемая полезная модель относится к области электроэнергетики, в частности к средствам контроля и учета расхода электроэнергии, и может быть использована при организации систем учета электроэнергии как в промышленности, так и в коммунальном хозяйстве.
Уровень техники
Известен патент RU 2327173 C2 на изобретение «Устройство для учета расхода электроэнергии», МПК G01R 11/24, опубл. 20.06.2008, который описывает устройство для учета расхода электроэнергии, содержащее установленный в пломбируемом щите учета электроэнергии счетчик, автомат отключения нагрузки, снабженный катушкой отключения, два соединенных между собой проводами идентичных трансформатора тока, установленных на разных концах питающего счетчик вводного кабеля, причем указанные трансформаторы тока и катушка отключения включены в схему устройства для учета расхода электроэнергии так, что при появлении вследствие подключения нагрузки без учета электроэнергии тока небаланса на вторичных обмотках трансформаторов тока катушка отключения размыкает цепь потребителя. При этом первый трансформатор тока установлен в фазу сети электроснабжающей организации в районе опоры воздушной линии или трубостойки, а второй трансформатор тока совместно с автоматом отключения нагрузки и счетчиком установлен в пломбируемом щите учета электроэнергии, а в качестве соединяющих трансформаторы тока проводов выбраны гибкие изолированные провода тонкого сечения, размещенные в зоне видимости контролирующих субъектов.
Недостатком указанного изобретения является такая его конструкция, которая не позволяет дистанционно получать показания.
Известен патент EA 19062 B1 на изобретение «Система учета энергоресурсов», МПК G01D 5/26, опубл. 30.12.2013, который описывает систему учета электроэнергии, содержащую множество территориально распределенных электронных приборов учета энергоресурсов, каждый из которых содержит узел измерения и обработки информации о расходе энергоресурсов и оптический порт, связанный оптическим каналом связи с соответствующим коллективным оптическим портом, выход которого связан с входом соответствующего коллективного формирователя интерфейсных сигналов с формированием преобразователя интерфейсов, выполненного в виде отдельного удаленного блока, выход которого связан с удаленным терминалом сбора и обработки информации о расходе энергоресурсов.
Недостатком указанного изобретения является отсутствие защиты передаваемой информации от искажения и передачи ее в защищенном виде во внешнюю сеть.
Известен патент RU 2277280 С1 на изобретение «Способ управления процессом отпуска электрической энергии на территориях с высокой концентрацией потребителей», МПК H02J 13/00, опубл. 27.05.2006, который описывает способ отпуска электроэнергии, заключающийся в том, что потребителей подключают к питающей электрической сети через устройства коммутации нагрузки, которыми управляют счетчики электроэнергии. Счетчики электроэнергии объединяют в группы (в пределах многоквартирного дома) и подключают к устройству управления группой, которое в свою очередь принимает по радиоканалу команды из центра управления. В команде указывается общее количество электрической энергии, которое оплатил абонент. Далее устройство управления транслирует команду по проводному каналу связи соответствующему счетчику. Счетчик вычисляет разность между оплаченным и потребленным количеством электроэнергии. По этой разнице определяется уровень допустимой потребляемой мощности и, если он превышен в текущий момент, нагрузка отключается от питающей электрической сети.
Недостатком указанного изобретения является отсутствие защиты передаваемой информации от искажения и передачи ее в защищенном виде во внешнюю сеть.
Известен патент RU 2231889 C1 на изобретение «Автоматическое устройство учета расхода электроэнергии», МПК H02J 13/00, опубл. 27.06.2004, который описывает устройство, содержащее энергонезависимое запоминающее устройство, часы реального времени, клавиатуру, коммутационное устройство, интерфейс и микроконтроллер, причем входная шина электронного счетчика для определения расхода электроэнергии соединена с электросетью потребителя, его выходная шина соединена с первой входной шиной микроконтроллера, входная шина устройства индикации соединена с первой выходной шиной микроконтроллера, выходная шина клавиатуры соединена со второй входной шиной микроконтроллера, шина вход-выход энергонезависимого запоминающего устройства соединена с первой шиной вход-выход микроконтроллера, выходная шина часов реального времени соединена с четвертой входной шиной микроконтроллера, входная силовая шина коммутационного устройства соединена с электросетью потребителя, шина управляющего входа коммутационного устройства соединена со второй выходной шиной микроконтроллера, выходная силовая шина коммутационного устройства соединена с электросетью потребителя, первая шина вход-выход интерфейса соединена со второй шиной вход-выход микроконтроллера, а вторая шина вход-выход интерфейса - с внешними устройствами для обмена информацией.
Недостатком указанного изобретения является отсутствие защиты передаваемой информации от искажения и передачи ее в защищенном виде во внешнюю сеть.
Известен патент JP 2006253971 A на изобретение «Устройство коммуникации», МПК H04B 3/54, опубл. 21.09.2006 на 8 листах, которое описывает средство распределения, контроля и учета расхода электроэнергии и управления средствами коммутации питающих сетей, содержащее прибор для учета расходов электроэнергии переменного или постоянного тока и PLC-модем для связи через линии электропередач.
Недостатком указанного изобретения является отсутствие защиты передаваемой информации от искажения и передачи ее в защищенном виде во внешнюю сеть.
Раскрытие полезной модели
Технический результат, на достижение которого направлено предлагаемое техническое решение, заключается в повышении степени защиты от искажения  передаваемой информации во внешнюю сеть, полученной в результате измерения узлом учёта расхода электроэнергии.
Эта задача решается путем создания устройства учета и передачи  информации о расходе электроэнергии, которое содержит корпус с конструктивно и функционально объединенными в нем прибором для учета расходов электроэнергии переменного или постоянного тока, центральным процессором, блоком защиты информации, выполненным с возможностью криптографического преобразования информационных пакетов, поступающих от прибора учета, блоком внешнего взаимодействия, выполненного с возможностью реализации протоколов информационного обмена с внешними информационными системами,  причём  прибор для учета расходов электроэнергии, центральный процессор, блок защиты информации и блок внешнего взаимодействия соединены последовательно.
В варианте исполнения 2 предложенного технического решения устройство учета и передачи  информации о расходе электроэнергии дополнено блоком часов реального времени, выполненным с возможностью формирования меток времени на момент создания информационных пакетов, содержащих данные по учету расходов электроэнергии.
Причём блок часов реального времени соединен электрическим каналом связи (передает информационно электрический сигнал) с центральным процессором.
Данные признаки являются существенными с точки зрения получения указанного выше технического результата, поскольку при объединении всех элементов в едином корпусе и построении схемы последовательной передачи и обработки сигналов обеспечивается защита от несанкционированного вмешательства в алгоритм и параметры работы устройства.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 представлена схема устройства в варианте исполнения 1.
На фиг. 2 представлена схема устройства в варианте исполнения 2.
Осуществление полезной модели
Для получения указанного технического результата предложено использовать конструкцию устройства для учета информации о расходе электроэнергии и ее передачи в защищенном некорректируемом виде, выполненную в виде корпуса, внутри которого размещены последовательно соединенные: прибор для учета расходов электроэнергии переменного или постоянного тока, центральный процессор, блок часов реального времени (в варианте исполнения 2), блок защиты информации, обеспечивающий реализацию криптографического преобразования информационных пакетов, поступающих с прибора учета расходов электроэнергии, с целью их дальнейшей передачи в защищенном некорректируемом виде во внешнюю информационную сеть, блок внешнего взаимодействия, реализующий протоколы информационного обмена с внешними информационными сетями, с использованием технологий GSM/Bluetooth/Wi-Fi/ Ethernet/PLC и т.д. (любой технологии передачи информации или их комбинации).
На фигуре 1
показана схема устройства для учета информации о расходе электроэнергии и ее передачи в защищенном некорректируемом виде в варианте исполнения 1.
В состав устройства входят следующие функциональные блоки и составные элементы:
Корпус (1), внутри которого конструктивно закреплены элементами крепления: прибор для учета расходов электроэнергии переменного или постоянного тока (2); центральный процессор (3); блок защиты информации (4), реализующий с использованием криптографического алгоритма защиту от искажения (корректировки) и подмены информационных пакетов, поступающих с прибора для учета расходов электроэнергии, с целью их дальнейшей передачи в защищенном некорректируемом виде во внешнюю информационную сеть; блок внешнего взаимодействия (5), реализующий протоколы информационного обмена с использованием технологий GSM/Bluetooth/Wi-Fi/ Ethernet/PLC и т.д. и т.д. (любой технологии передачи информации или их комбинации).
На фигуре 2
показана схема устройства для учета информации о расходе электроэнергии и ее передачи в защищенном некорректируемом виде в варианте исполнения 2.
В состав устройства входят следующие функциональные блоки и составные элементы:
Корпус (1), внутри которого конструктивно закреплены элементами крепления: прибор для учета расходов электроэнергии переменного или постоянного тока (2); центральный процессор (3); блок часов реального времени (6); блок защиты информации (4), реализующий с использованием криптографического алгоритма защиту от искажения (корректировки) и подмены информационных пакетов, поступающих с прибора для учета расходов электроэнергии, с целью их дальнейшей передачи в защищенном некорректируемом виде во внешнюю информационную сеть; блок внешнего взаимодействия (5), реализующий протоколы информационного обмена с использованием технологий GSM/Bluetooth/Wi-Fi/ Ethernet/PLC и т.д. (любой технологии передачи информации или их комбинации).
Указанные функциональные блоки соединены так, что происходит передача сигнала в строго заданной последовательности для достижения указанного выше технического результата. Предпочтительно соединение может быть выполнено последовательным.
Криптографическая защита информации реализуется на основе известных из предшествующего уровня техники криптографических алгоритмов. Криптографическая защита информации может осуществляться как отдельным способом, так и их совокупностью, а именно:
- шифрованием файлов и данных;
- вычислением имитовставки для файлов и данных;
- вычислением значения хэш-функции для файлов и данных;
- вычислением электронной подписи для файлов и данных.
В варианте исполнения 2, в устройстве также имеется блок часов реального времени (4), обеспечивающий  формирование меток времени (дата и время) на момент создания информационных пакетов, содержащих данные по учету расходов электроэнергии. При этом метка времени добавляется к соответствующему информационному пакету, и затем над данной совокупностью данных производятся криптографические операции.
Блок часов реального времени обеспечивает синхронизацию шкалы времени со специализированным сервером информационной системы или устройством частотно-временной синхронизации, которые в свою очередь обеспечивают формирование и хранение шкалы времени, синхронизированной со шкалой унифицированного координированного времени UTС (SU) спутниковых навигационных систем ГЛОНАСС и GPS.
Наличие в составе защищаемого информационного пакета метки времени с датой его формирования обеспечивает дополнительный уровень защиты от искажения (коррекции) и подмены информационных пакетов. Один из способов реализации подобной системы представляет собой микроконтроллер, модуль GPS/ГЛОНАСС (или аналогичный), источник автономного питания (при необходимости), приемную антенну.
Основными функциями заявленной полезной модели является:
- расчёт внутриобъектового баланса поступления и потребления электроэнергии;
- контроль параметров электросети;
- обнаружение фактов несанкционированного вмешательства в работу приборов учёта или изменение схем включения в электросеть;
- анализ технического состояния и отказов приборов учёта по запросу;
- формирование отчётов об электропотреблении на объекте;
- экспорт отчётов в биллинговые системы;
- защита информации от искажения (коррекции) или подмены при ее передаче по каналам связи.
Защита от искажения (коррекции) и подмены передаваемой информации в заявленном устройстве обеспечивается совокупностью использования следующих методов защиты информации:
- формированием метки времени на основе шкалы времени, синхронизированной со шкалой унифицированного координированного времени UTС (SU) спутниковых навигационных систем ГЛОНАСС и GPS (при  реализации устройства в исполнении 2);
- наличием в составе информационного пакета, содержащего данные учета расхода электроэнергии, метки времени формирования данного пакета;
- проведение криптографических операций (преобразований) над данными, содержащимися в информационном пакете с использованием криптографического алгоритма;
- отсутствием возможности извлечения из блока защиты закрытого криптографического ключа, с использованием которого производятся криптографические операции, обусловленной технологическими решениями, используемыми в блоке защиты;
- отсутствием возможности искажения (коррекции) или подмены криптографического алгоритма, с использованием которого производятся криптографические операции, обусловленной технологическими решениями, используемыми в блоке защиты;
- отсутствием возможности искажения (коррекции) или подмены алгоритма работы заявленного устройства через порты внешнего взаимодействия, обусловленной технологическими решениями, используемыми в заявленном устройстве;
- отсутствием возможности сокрытия факта несанкционированного физического доступа к элементам схемы заявленного устройства, обусловленной технологическими решениями, используемыми в заявленном устройстве (заливка корпуса и (или) печатных (монтажных) плат компаундом) и наличием элементов, выявляющих факты такого доступа (наличие запорно-пломбового механизма, пломбовый или саморазрушающийся стикер);
- отсутствием возможности беспрепятственного доступа к указанным функциональным блокам.
Резюмируя выше изложенное, можно утверждать, что невозможно незаметно скорректировать или подменить информацию, содержащую данные учета расхода электроэнергии, так как изначально не известен закрытый криптографический ключ, с использованием которого реализуются криптографическое преобразование информации. Невозможность вычисления криптографического ключа математическими методами обеспечивается стойкостью используемого криптографического алгоритма. Наличие метки времени не позволит «задним числом» сформировать, дополнить или сформировать заново архив данных учета расхода электроэнергии из накопленных ранее данных. Кроме того, конструктивное исполнение заявленного устройства и технические решения, использованные при его проектировании, не позволяют внести искажения (скорректировать) или подменить алгоритм его работы.