CPU卡在智能电表中的应用

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1、第35卷第4期四川电力技术Vo1．35，No．42012年8月SichuanElectricPowerTechnologyAug．，2012CPU卡在智能电表中的应用肖丽(四川省电力公司眉山公司，四川眉山620010)摘要：主要对智能电表用CPU卡的物理结构、数据交换、指令系统等基础知识进行了整理，结合大量的实践应用，对卡口防攻击电路进行了分析描述，对软件部分关键的认证流程和表内购电流程进行了深入的论述。侧重于理论与实践应用相结合，从硬件及软件两方面论述CPU卡在智能电表中的应用。关键词：CPU卡；ESAM芯片；智能电表；认证流程；购电流程Abstract：Thebasi

2、cknowledgeofCPUcardforsmartmetersuchasphysicalstructure，dataexchange，instructionsystem，etcaresortedout．Basedonalargenumberofpracticalapplications．theanti—attackcircuitforcardslotisdescribedandana—lyzed．Somekeypartsofcertificationprocessandtheelectricityprocurementprocessinthissoftw81'eare

3、discussed．Thefocusisonthecombinationoftheoryandpracticalapplication，andtheapplicationofCPUcardtosmartmeterisdiscussedfromtwoaspectsofhardwareandsoftware．Keywords：CPUcard；ESAMchip；smartmeter；certificationprocess；electricityprocurementprocess中图分类号：TM930．9文献标志码：B文章编号：1003—6954(2012)04—0073—0

4、3CPU卡的物理结构如图1所示，芯片有8个信0前言号接口。CPU卡又称智能卡，指具有微处理器(CPU)和操作系统(COS)的Ic卡，目前常用的加密算法有3DES及SM1。由于具有更高的数据安全性，CPU卡智能电能表已经开始大量使用。CPU卡分为接触式Ic卡、非接触式Ic卡、两种接口方式合一的双界面IC卡。接触式IC卡主要遵循的国际标准为注：C1为V(数字电源)；C2为RST(复位)；C3为ISO7816系列标准，非接触卡主要遵循的国际标准CLK(时钟)；C4为NC(空)；C5为NC(空)；C6为I／O为ISO14443系列标准。智能电表为了保证数据安(输．K／输出)；C7

5、为NC(空)；C8为GND(地)全交换及可靠认证，表内置ESAM芯片(也属于图1CPU卡的物理结构CPU卡)，用于存贮剩余电费、费率参数等关键数1．2ESAM芯片的物理结构据，此类数据只有通过与卡或主站加密机的双向认ESAM芯片的物理结构如图2所示，芯片有8证才能修改，从而保证了数据的安全性。由于CPU个信号接口。卡和ESAM的认证过程中引入了分散因子及随机GNDVCC数，使用CPU卡的智能电表可实现一卡一密、一次NCRST一密，极大提高了智能电表的数据交换及电费、电价I／0CLK数据安全性，目前已经在国家电网大量使用。NCNC注：1为GND(地)；2为NC(空)；3为I

6、／O(输／k／1CPU卡的硬件输出)；4为NC(空)；5为NC(空)；6为CLK(时钟)；7为RST(复位)；8为Vcc(数字电源)1．1CPU卡的物理结构图2ESAM芯片的物理结构·73·第35卷第4期四川电力技术V01．35．No．42012年8月SichuanElectricPowerTechnologyAug．。20123)Pl、P2为命令参数；2CPU卡的数据交换4)Le为发出的命令数据长度，Le为响应数据的长度；2．1通信时间单位ETU5)DATA为传输的数据。CPU卡是通过异步通信的方式进行数据交换，6)MAC为含安全报文时的4字节校验数据。11'O口线上所

7、用的数位宽度被确定为基本时间单位ETU，计算公式为ETU=372／f，其中，为时钟频率，3CPU卡电能表卡口防攻击设计一般在1—5MHz范围之间选择，一般当时钟频率为3．579MHz时，数据传输的速率为9600b／s。接触式CPU卡智能电表由于数据传输速度快、2．2数据发送时序可靠性高而被广泛应用。但接触式卡口由于内部直CPU卡的数据传送是以字节为单位的，字节传接与数字电路相连接，容易受到攻击而导致智能电送的时序如图3所示。表数字部分损坏失效。为此，智能电表的防攻击卡起始位校验位下一起始位口设计对智能电表的可靠性提升很关键。通