[发明专利]一种工业控制系统中增强通信安全性的方法

摘要

本发明涉及一种工业控制系统中增强通信安全性的方法，该方法应用于工业控制系统中，所述工业控制系统包括相互通信的主站侧和终端侧，所述方法通过下述三个阶段进行实施(1)通信前准备阶段；(2)主站侧发送阶段；(3)终端侧接收、处理和回复阶段。该方法针对工业通信系统中，通信具有客户端计算能力弱、客户端的时间来源于服务器端、通信信道不可靠、关键通信要求实时性和高安全性等特点的系统。该方法针对这种特殊环境的安全通信，对关键通信报文提供身份认证和完整信保证，有效增强整个系统的安全性。

主权项

一种工业控制系统中增强通信安全性的方法，其特征在于，所述工业控制系统包括相互通信的主站侧和终端侧，所述方法通过下述三个阶段进行实施：(1)通信前准备阶段；(2)主站侧发送阶段；(3)终端侧接收、处理和回复阶段；所述(1)的通信前准备阶段包括下述步骤：步骤102：主站侧根据国家密码管理局21号公告公开的SM2椭圆曲线公钥密码算法生成椭圆曲线密码算法密钥对，包括私钥PriK和公钥PubK；步骤104：主站侧预置椭圆曲线密码算法的密钥对，包括私钥PriK和公钥PubK；其中的私钥PriK要由加密卡、加密芯片或加密机来存放预置；步骤106：终端侧预置主站侧的公钥PubK；所述(2)的主站侧发送阶段包括下述步骤：步骤202：主站侧生成待保护的、原始的关键通信报文，所述关键通信报文为原始报文M；步骤204：主站侧在原始报文M之后填充本地时间戳M||timestamp；步骤206：主站侧在时间戳后填充由主站侧预置的私钥PriK对原始报文M到时间戳这段数据的签名数据signature＝Sign(M||timestamp,PriK)；步骤208：主站侧在签名数据之后填充安全报文结束标志字节end，形成的复合安全报文SM，所述SM＝Signature||end；步骤210：主站侧发出复合安全报文SM到终端侧；所述(3)的终端侧接收、处理和回复阶段包括下述步骤：步骤302：终端侧接收到复合安全报文SM；步骤304：终端侧根据复合安全报文SM提取出原始的关键通信报文时间戳timestamp和签名数据signature；步骤306：终端侧提取本地时间戳localtime；步骤308：比较时间戳差值是否在合理时间窗口W中，即(localtime‑timestamp)<W？若在合理的时间窗口W中，则进行步骤310；否则，进行步骤309；合理时间窗口W的值根据具体应用场景而定，在工业控制系统算例中设定为30秒。步骤309：丢弃所述复合安全报文SM，不返回任何数据；步骤310：比较关键通信报文时间戳timestamp是否在本地已登记的时间戳列表L中；若是，则进行步骤311；否则，进行步骤312；步骤311：丢弃所述复合安全报文SM，不返回任何数据；步骤312：根据终端侧预置的公钥PubK验证签名数据是否有效，即ret＝verify(signature,PubK)，ret＝0？若是，进行步骤314；否则，进行步骤313；步骤313：丢弃所述复合安全报文SM，不返回任何数据；步骤314：终端侧处理原始报文M，观察处理结果是否正常；若正常，进行步骤316，否则，进行步骤315；步骤315：返回处理异常报文；步骤316：终端侧将关键通信报文时间戳timestamp登记到时间戳列表L中；步骤317：返回处理正常报文。