[发明专利]基于拉格朗日插值的变电站巡检机器人安全通信系统及方法

说明书

本发明公开了一种基于拉格朗日插值的变电站巡检机器人安全通信系统及方法，远程监控中心RC初始化生成变电站巡检机器人所需的公钥和私钥以及公共参数，并发送给变电站巡检机器人，完成密钥参数初始化；巡检机器人发起方S与巡检机器人响应方R相互发送签名进行验证，验证通过以后再通过密钥生成算法生成共享密钥；然后进行数据，巡检机器人发起方S用共享密钥将要发送的数据进行加密并生成消息认证码，然后将消息认证码和密文发送给巡检机器人响应方R，巡检机器人响应方R用共享密钥解密密文并验证消息认证码是否一致。本发明可以在满足数据机密性和完整性的同时，有效降低变电站巡检机器人之间进行密钥协商所需的通信开销和能量消耗。

技术领域

本发明属于智能电网信息安全领域，尤其涉及一种基于拉格朗日插值的变电站巡检机器人安全通信系统及方法。

背景技术

为了能够有效提升电力企业的生产运作和经营管理质量，需要不断提升远程控制与监视水平。在电力企业的智能电网设备状态检修中应用无线传感器网络，相关的技术人员可以通过应用传感器检测电力设备的运行情况，根据检测获取的数据信息实现对设备运行状态的在线监控。通过在设备运行状态检修中应用无线传感器网络，能够使维修成本最小化，并能够有效缩短停电时间，减少对用户的用电影响。与传统的电力设备相比，无线传感器网络不用另行布线且更加灵活，能够充分发挥无线传感器网络技术在电力系统设备状态检修中的作用与优势。

变电站无人机巡检是智能电网设备状态检测中的一大应用场景，该场景主要针对110kV及以上变电站范围内的电力一次设备状态综合监控、安防巡视等需求，目前巡检机器人主要使用WIFI接入，所巡视的视频信息大多保存在站内本地，并未能实时回传远程监控中心。

而在5G智能电网中，变电站巡检机器人能够搭载多路高清视频摄像头或环境监控传感器，回传相关检测数据，数据具备实时回传至远程监控中心的能力。巡检机器人对通信的需求主要体现在多路的高清视频回传(Mbps级)，低时延迟的远程控制(毫秒级)。为了保护两个巡检机器人之间的通信，通常需要设计密钥协商协议来为其生成共享密钥，但由于巡检机器人能量有限，当前采用的基于身份的密钥协商协议十分复杂，通信双方需进行多次配对操作，导致计算成本高、机器人使用寿命缩短。显然，设计一个用于减少计算成本的安全通信机制十分重要。

目前已有的密钥协商协议所需要的能量消耗和通信开销比较大，对于工作在野外的变电站巡检机器人而言负担很大，因此设计一种用于5G智能电网远程视频监控网络中的基于拉格朗日插值的安全通信机制就尤为重要了。

发明内容

为解决现有技术中存在的不足，本发明的目的在于，提供一种基于拉格朗日插值的变电站巡检机器人安全通信系统及方法。

为实现本发明的目的，本发明所采用的技术方案是：

一种基于拉格朗日插值的变电站巡检机器人安全通信方法，包括步骤：

(1)程监控中心RC初始化生成通信双方巡检机器人所需的公钥和私钥以及公共参数，并发送给双方巡检机器人，完成密钥参数初始化；

(2)巡检机器人发起方S与巡检机器人响应方R相互发送签名进行验证，验证通过以后再通过密钥生成算法生成共享密钥；

(3)数据通信过程中，巡检机器人发起方S用共享密钥将要发送的数据进行加密并生成消息认证码，然后将消息认证码和密文发送给巡检机器人响应方R，巡检机器人响应方R用共享密钥解密密文并验证消息认证码是否一致。

进一步地，步骤(1)具体为，

(1.1)远程监控中心RC创建一个组G，其生成元为g∈G，素数阶为q；其次，远程监控中心RC生成两个随机秘密值a,b∈Z_q，并构造一个拉格朗日多项式L(x)＝a+bx mod q；其中，mod为余运算，Z_q为小于q的正整数；