一種無介質高安全性電表的預付費方法
【專利摘要】本發明公開了一種無介質高安全性電表的預付費方法，預付費方法為：用戶購電后，銷售業務端將用戶的充值類型、購電次數、購電時間、表號、購電金額進行編碼加密生成數字充值令牌通過通信網絡遠程發送到集中器同時推送到用戶手機，集中器將該數字充值令牌送至交互終端中解密獲得充值類型、購電次數、購電時間、表號、購電金額，根據充值類型進行數據與流程重組，以適應不同類型預付費電表的充值。本方法兼容國網電表和STS預付費電表，避免重復建設預付費系統，減少了人力、物力資源的浪費，該交互終端作為獨立的一部分，適用于不同類型的預付費電表。
【專利說明】 一種無介質高安全性電表的預付費方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種電表預付費領域，具體是一種無介質高安全性電表的預付費方法。
【背景技術】
[0002]電力行業以往長期的經營模式都是先用電，后繳費，傳統收繳電費的方法:用戶繳費需要到指定的網點以及固定的時間繳費，但是，長期以來電力行業都存在著少數用戶惡意拖欠電費的現象，雖然可以通過法律手段事后追討減少部分損失，但往往牽涉了電力公司相當多的人力、物力資源，給電力公司的正常運作帶來了不少煩惱。既能最大限度地方便絕大多數誠實守信的用戶用電和繳費，又能運用經濟和技術手段減少欠費損失，一直是電力公司追求的目標。實踐經驗證明，在人口流動性較大的城市地區推廣應用預付費電表及售電系統，不僅可以預防電費拖欠，更重要的是經濟和社會效益顯著，有利于營造全社會節約用電的氛圍。
[0003]傳統的預付費模型，一種是基于通信網絡的遠程預付費系統，通信網絡的可靠性，基于目前現狀，無論基于GPRS/CDAM或電力線載波的通信，其通信成功率無法維持在100%，特別是對于時效性要求很高的預付費系統中，一旦用戶購電后，不能及時充值成功復電，必然引起用戶投訴。
[0004]另外一種本地預付費方法，方案之一是采用卡式預付費電表，方案之二是使用IEC62055的基于STS的預付費電表。
[0005]卡式預付費電表，其當前，在預付費方案的選擇上，人們似乎更偏重于使用購電卡，購電卡必須返回到充值網點處理或重新編程，用戶需要專程到當地的超市、銷售窗口實地辦理，非常麻煩；經驗表明，隨著生活節奏的加快，多數用戶更偏重于在家或辦公室通過電話或互聯網獲取充值信息，避免平時忘記帶卡或節假日無法購電導致停電的煩惱。此外，充值卡本身成本較高，且無法抗拒物理和電氣(靜電干擾)攻擊，一旦卡遺失或損壞，則必須到配備了專用讀寫卡系統與設備的網點補卡。這不僅給用戶帶來了麻煩，更重要的是，電力公司需要為此設立網點，增加了運營管理成本，也不容易提高客戶滿意度。
[0006]而無論使用卡式預付費電表或STS預付費電表進行本地充值，都將使用戶與計量器具直接接觸，都存在潛在的用電安全風險，比如偷電等。
[0007]現在的用電環境，存在各種方案的預付費電表，電力公司必須針對每種預付費類型的電表建設一套預付費系統，重復投資太多，同時也會造成管理上的混亂。
[0008]隨著通信、電子等技術的發展，傳統收繳電費的方法已經不再滿足用戶和電力公司的需要，同時節能低碳的理念越來越深入人心，必須有一種新的預付費模式和方法，以達成用戶和電力公司共同的高安全性、高效率、低成本、便捷自由、高度參與的目標。
【發明內容】
[0009]為了解決傳統繳費方式服務效率低、安全性可靠性低、拖欠電費、低度參與等弊端，本發明提供了一種無介質、高安全性的電表預付費方法，具體方案為:
[0010]—種無介質高安全性電表的預付費方法,該方法基于一個包括售電業務端、集中器、交互終端、預付費電表、通信網絡的售電系統:每個供電臺區部署一臺集中器，集中器用來承載交互終端與售電業務端的數據通信；每棟樓宇部署至少一臺交互終端，用于預付費電表的充值及數據采集；預付費電表是STS預付費電表或國網電表的其中一種；
[0011]預付費方法為:用戶購電后，銷售業務端將用戶的充值類型、購電次數、購電時間、表號、購電金額進行編碼加密生成數字充值令牌通過通信網絡遠程發送到集中器同時推送到用戶手機，集中器將該數字充值令牌送至交互終端中解密獲得充值類型、購電次數、購電時間、表號、購電金額，根據充值類型進行數據與流程重組，以適應不同類型預付費電表的充值:
[0012]A、充值類型為STS預付費電表，交互終端按照STS預付費的方式重組充值令牌，下裝到STS預付費電表中，完成充值過程；
[0013]B、充值類型為國網表，交互終端使用ESAM對購電次數、購電時間、表號、購電金額進行加密，得到新的充值令牌，然后通過485總線將充值令牌下裝到國網電表中，國網電表中的ESAM模塊再對充值令牌進行解密，完成充值過程。
[0014]作為一種優選的所述數字充值令牌的生成步驟:
[0015](I)、售電業務端將用戶的充值類型、購電次數、購電時間、表號、購電金額進行編碼，編碼到56bit數據中，對此56bit數據計算CRC校驗，CRC校驗算法采用CRC8-CCITT，生成多項式為XhXkXiXWX1, CRC校驗碼共8bit，置于明文編碼低位，形成64bit編碼明文；
[0016](2)、根據用戶信息，自動檢索該用戶所屬臺區的交互終端信息，使用該交互終端的56位售電密鑰對明文加密，形成64bit密文；
[0017](3)、將2bit業務類型碼置于高位，形成66bit數據，將此66bit 二進制數據轉換成十進制數據，共20個數字即數字充值令牌。
[0018]步驟B中所述56位售電密鑰在交互終端初次接入售電系統時，由售電業務端統一下裝:
[0019]此56位售電密鑰由交互終端的唯一地址碼、生產廠家編號、售電區域、密鑰版本號、密鑰類型和費率索引信息通過數據加密算法DEA加密獲得；售電業務端使用交互終端的出廠缺省密鑰對售電密鑰進行二次加密，然后下裝到交互終端中，交互終端使用出廠缺省密鑰解密獲得售電密鑰。
[0020]作為一種優選的所述交互終端對數字充值令牌解密的步驟:
[0021]交互終端采用十進制到二進制的轉換方法，先將20位數字充值令牌還原成66bit密文，再使用與售電業務端對等的解密算法進行解密，解密后，得到2bit的業務類型，和64bit的購電明文，然后判斷解析的令牌是否有效，如果有效則接受，否則拒絕，接受則保存令牌，拒絕則取消令牌。
[0022]所述數字充值令牌僅在購電用戶所在臺區的交互終端上使用，跨臺區無效。
[0023]當自動充值出現問題時，售電系統通知用戶，用戶在交互終端完成手動充值過程。
[0024]具體的，所述手動充值的途徑包括:通過手機APP經藍牙輸入數字充值令牌；通過交互終端自帶鍵盤輸入數字充值令牌；銷售業務端將售電單據以二維碼形式推送至用戶手機，通過交互終端掃描該二維碼進行充值。
[0025]具體的，用戶購電途徑包括電話購電、網絡購電、售電網點購電。
[0026]本發明的有益效果:
[0027]本方法兼容國網電表和STS預付費電表。首先，交互終端對售電端發送的充值令牌進行解密，得到表號、充值次數、充值金額等。然后根據表號判斷預付費表類型，進行不同方式的令牌重組:對于STS預付費電表，交互終端按照STS預付費的方式重組充值令牌，下裝到電表中，完成充值過程。對于國網表，交互終端使用ESAM對表號、充值次數、充值金額進行加密，得到新的充值令牌，然后通過485總線將充值令牌下裝到國網表中，國網表中的ESAM模塊再對充值令牌進行解密，完成充值過程。對于其它類型新的預付費方案的預付費表，還可以通過升級交互終端的方式，支持新的預付費方案。因此，對于不同的預付費電表，在交互終端上先進行解密，然后根據表號判斷預付費表的類型，按照相應的規則進行重組處理，避免重復建設預付費系統，減少了人力、物力資源的浪費，該交互終端作為獨立的一部分，適用于各類型的預付費電表。
[0028]該電表預付費方法，具有高安全性。當用戶輸入錯誤表號時，則充值不成功，避免了誤充值，并且用戶充值成功后，將以短信方式通知用戶充值情況。同時該預付費方法采用的加密、解密算法避免了傳統的編碼方式預付費存在的安全性問題:隨機輸入數碼，企圖命中正確的充值碼；重復使用已經使用的充值碼；篡改合法充值碼中的信息，如充值金額、充值次數等。
[0029]本發明與現有技術相比，具備無需介質的特點，大大降低電力公司營運成本，同時具有高安全性，為用戶也提供了便捷的購電途徑，提高了供電公司的售電效率，避免了少數用戶拖欠電費的現象；同時響應低碳節能的生活理念，倡導用戶節約用電，具有很高的應用推廣價值。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0030]圖1為本發明的系統流程圖。
[0031]圖2為本發明的加密流程圖。
[0032]圖3為本發明的解密流程圖。
[0033]圖4為本發明的STS表編碼格式(STS類型O編碼格式)。
[0034]圖5為本發明的國網表充值過程。
[0035]圖6為本發明的編碼格式圖。
[0036]圖7為本發明的生成校驗碼流程圖。
[0037]圖8為本發明的加密算法圖。
[0038]圖9為本發明的二進制轉十進制圖。
[0039]圖10為本發明的解密算法圖。
[0040]圖11為本發明的令牌鑒別圖。
[0041]圖12為本發明的令牌認證圖。
[0042]圖13為本發明的令牌結果圖。
【具體實施方式】
[0043]下面結合實施例和附圖對本發明作進一步說明，但本發明的保護范圍不限于此:
[0044]如圖1所示為本發明的系統流程圖。該售電系統包括售電業務端，售電業務端可通過電話、網絡、售電網點進行購電；還包括部署在一個供電臺區的一臺集中器，用來承載交互終端與售電業務端的數據通信；還包括部署在一棟樓宇的一到多臺交互終端，用于預付費電表的充值及數據采集；還包括預付費電表，預付費電表可以是STS預付費電表或國網電表，還可以是其它電表。作為一種手動輸入數字充值令牌的方法，交互終端與手機無線連接通過手機輸入；作為第二種手動輸入數字充值令牌的方法，交互終端掃描二維碼形式的售電單據進行充值；作為第三種手動輸入數字充值令牌的方法，交互終端自帶鍵盤，通過鍵盤輸入數字充值令牌。
[0045]預付費方法為:用戶通過網絡、電話、或售電網點(用戶登錄到售電業務端，輸入所需的充值金額，系統生成支付信息及訂單)購電后，銷售業務端將用戶的充值類型、購電次數、購電時間、表號、購電金額進行編碼加密生成20位的數字充值令牌(加密過程為:用戶購電后，售電業務端將用戶的購電金額、購電次數、購電時間、購電表號等信息進行編碼，編碼到56bit數據中，對此56bit數據計算CRC校驗，CRC校驗算法采用CRC8-CCITT，生成多項式為X8+X7+X3+X2+X1，CRC校驗碼共8bit，置于明文編碼低位，形成64bit編碼明文。售電業務端生成購電明文后，將根據用戶信息，自動檢索該用戶所屬區域的交互終端信息，使用該交互終端的56位售電密鑰對明文加密；此56位售電密鑰在交互終端初次接入售電系統時，由售電業務端統一下裝；售電密鑰由交互終端的唯一地址碼、生產廠家編號、售電區域等信息通過數據加密算法(DEA)加密獲得；售電業務端使用交互終端的出廠缺省密鑰對售電密鑰進行二次加密，然后下裝到交互終端中，交互終端使用出廠缺省密鑰解密獲得售電密鑰。將用戶購電信息明文64bit數據通過上述售電密鑰進行加密，形成64bit密文，將2bit業務類型碼置于高位，形成66bit數據，將此66bit 二進制數據轉換成十進制數據，共20個數字，此20個數字即充值令牌TOKEN碼。該充值令牌具有唯一性，即同一個令牌只能充值一次，重復充值是無效的。加密流程見附圖2)通過通信網絡遠程發送到集中器同時推送到用戶的手機，集中器將該數字充值令牌送至交互終端中解密(解密過程為:交互終端收到傳送來的充值令牌后，采用十進制到二進制的轉換方法，先將20位數字TOKEN碼還原成66bit密文，再使用與售電業務端對等的解密算法進行解密，解密后，得到2bit的業務類型，和64bit的購電明文，然后判斷解析的令牌是否有效，如果有效則接受，否則拒絕，接受則保存令牌，拒絕則取消令牌。解密流程見附圖3)獲得充值類型、購電次數、購電時間、表號、購電金額，根據充值類型進行數據與流程重組，以適應不同類型預付費電表的充值:
[0046]A、充值類型為STS預付費電表，交互終端重組解密后的充值令牌，具體按照附圖4STS類型O (傳輸信用)的編碼方式重組令牌，得到STS預付費的方式的充值令牌，然后進行加密，將加密充值令牌下裝到STS預付費電表中，電表接收到充值令牌之后，采用和加密對等的算法對其進行解密獲取充值信息，完成充值；
[0047]B、充值類型為國網表，按照國網表方式進行令牌重組，具體流程如下，可參考附圖5:
[0048]交互終端獲得20位數字Token碼，經解密后獲得充值金額、充值次數、充值表號等信息:
[0049](I)使用表號作為分散因子，通過硬件加密芯片ESAM獲取身份認證數據，得到8字節“隨機數I”和“密文I”；
[0050](2)使用“隨機數1”、“密文I”、表號按照DL/T645-2007規約格式，組織身份認證報文，通過下行RS485通道發送到電表進行身份認證；
[0051](3)電表返回身份認證結果，驗證通過后獲得4字節“隨機數2”和8字節“電表ESAM序列號”；
[0052](4)發送DL/T645-2007報文，獲取電能表內部“客戶編號”；
[0053](5)交互終端將“隨機數2”、表號、購電金額、購電次數、客戶編號信息發送至交互終端內ESAM加密芯片，獲取“充值密文”；
[0054](6)通過DL/T645-2007規約命令，發送“充值密文”到電能表，完成充值。
[0055]如遇到意外因素，自動充值失敗，則短信通知用戶，由用戶自助完成充值:通過手機APP輸入數字充值令牌；通過交互終端自帶鍵盤輸入數字充值令牌；銷售業務端將售電單據以二維碼形式推送至用戶手機，通過交互終端掃描該二維碼進行充值。
[0056]20位數字充值令牌生成是通過加密算法實現。售電密鑰由售電業務端統一下裝。用戶購電后，售電業務端將用戶的購電金額、購電次數、購電時間信息進行編碼，編碼到56bit數據中，編碼格式見附圖6。56bit轉換成8字節存儲，其中第7字節為業務類型加固定數值OxFC，然后計算8字節編碼的CRC校驗，CRC校驗算法采用CRC8-CCITT，生成多項式為X8+X7+X3+X2+X1，CRC碼作為整個編碼的第O字節，形成9字節編碼明文。生成校驗碼流程見附圖7。
[0057]將用戶購電信息明文9字節數據的低8字節數據進行加密，加密算法采用EA07算法，算法流程見附圖8，加密后得到64位(8字節)密文，將原明文第8字節高6位置0，作為密文的第8字節，形成9字節密文，僅其中66位有效，最高6位無效。采用二進制轉十進制方法，將此66bit轉換成十進制數據，共20個數字，此20個數字即充值令牌TOKEN碼。流程見附圖9。
[0058]交互終端接收到20位充值令牌，需要進行數據類型轉換得到66bits密文，提取2bits類型位之后得到64bits的密文，再使用售電密鑰對該密文進行解密，得到64bits明文，加入2bits類型位之后，形成66bits明文，可參考附圖3。
[0059]解密過程需要用到與加密時使用的相同售電密鑰，此密鑰由售電業務端統一下裝。解密算法采用與EA07對等的DA07算法。DA07算法流程見附圖10。
[0060]解密得到的明文需要進行令牌的鑒別、令牌認證和給出令牌結果。令牌鑒別需要判斷令牌中的CRC和用令牌中的數據元計算的值是否相等，并需判斷令牌中的制造商代碼是否正確；令牌認證則判斷TID是否陳舊、是否使用過，還需判斷是否密鑰期滿等。令牌結果則判斷有無溢出錯誤、令牌類型錯誤、格式錯誤、范圍錯誤等。最后給出的接收還是拒絕的結果，可參考附圖11、12、13。當令牌的結果為接受時，則提取充值次數和充值金額，然后將處理的信息通過RS485總線的方式下發到與預付費表中，完成預付費的過程。
[0061]本發明提出了無介質高安全性的電表預付費方法，以上描述了本發明的基本原理、主要特征及優點。多種購電充值方式滿足了用戶個性化的需求，為用戶提供便捷性；力口密和解密算法提高了預付費過程的安全性和可靠性；預付費的方式防止了拖欠電費的現象，并可以倡導用戶節約用電，響應低碳節能的理念。此外，該預付費方法，不局限于售電業務，同時適應于水、氣等行業應用。
[0062]本文中所描述的具體實施例僅僅是對本發明精神做舉例說明。本發明所屬【技術領域】的技術人員可以對所描述的具體實施例做各種各樣的修改或補充或采用類似的方式替代，但并不會偏離本發明的精神或者超越所附權利要求書所定義的范圍。
【權利要求】
1.一種無介質高安全性電表的預付費方法，其特征在于該方法基于一個包括售電業務端、集中器、交互終端、預付費電表、通信網絡的售電系統:每個供電臺區部署一臺集中器，集中器用來承載交互終端與售電業務端的數據通信；每棟樓宇部署至少一臺交互終端，用于預付費電表的充值及數據采集；預付費電表是STS預付費電表或國網電表的其中一種； 預付費方法為:用戶購電后，銷售業務端將用戶的充值類型、購電次數、購電時間、表號、購電金額進行編碼加密生成數字充值令牌通過通信網絡遠程發送到集中器同時推送到用戶手機，集中器將該數字充值令牌送至交互終端中解密獲得充值類型、購電次數、購電時間、表號、購電金額，根據充值類型進行數據與流程重組，以適應不同類型預付費電表的充值: A、充值類型為STS預付費電表，交互終端按照STS預付費的方式重組充值令牌，下裝到STS預付費電表中，完成充值過程； B、充值類型為國網表，交互終端使用ESAM對購電次數、購電時間、表號、購電金額進行加密，得到新的充值令牌，然后通過485總線將充值令牌下裝到國網電表中，國網電表中的ESAM模塊再對充值令牌進行解密，完成充值過程。
2.根據權利要求1所述的一種無介質高安全性電表的預付費方法，其特征在于所述數字充值令牌的生成步驟為: (1)、售電業務端將用戶的充值類型、購電次數、購電時間、表號、購電金額進行編碼，編碼到56bit數據中，對此56bit數據計算CRC校驗，CRC校驗算法采用CRC8-CCITT，生成多項式為XS+f+f+f+X1，CRC校驗碼共8bit，置于明文編碼低位，形成64bit編碼明文； (2)、根據用戶信息，自動檢索該用戶所屬臺區的交互終端信息，使用該交互終端的56位售電密鑰對明文加密，形成64bit密文； (3)、將2bit業務類型碼置于高位，形成66bit數據，將此66bit二進制數據轉換成十進制數據，共20個數字即數字充值令牌。
3.根據權利要求2所述的一種無介質高安全性電表的預付費方法，其特征在于步驟B中所述56位售電密鑰在交互終端初次接入售電系統時，由售電業務端統一下裝: 此56位售電密鑰由交互終端的唯一地址碼、生產廠家編號、售電區域、密鑰版本號、密鑰類型和費率索引信息通過數據加密算法DEA加密獲得；售電業務端使用交互終端的出廠缺省密鑰對售電密鑰進行二次加密，然后下裝到交互終端中，交互終端使用出廠缺省密鑰解密獲得售電密鑰。
4.根據權利要求1所述的一種無介質高安全性電表的預付費方法，其特征在于所述交互終端對數字充值令牌解密的步驟為: 交互終端采用十進制到二進制的轉換方法，先將20位數字充值令牌還原成66bit密文，再使用與售電業務端對等的解密算法進行解密，解密后，得到2bit的業務類型，和64bit的購電明文，然后判斷解析的令牌是否有效，如果有效則接受，否則拒絕，接受則保存令牌，拒絕則取消令牌。
5.根據權利要求1-4所述的任一種無介質高安全性電表的預付費方法，其特征在于所述數字充值令牌僅在購電用戶所在臺區的交互終端上使用，跨臺區無效。
6.根據權利要求1-4所述的一種無介質高安全性電表的預付費方法，其特征在于當自動充值出現問題時，售電系統通知用戶，用戶在交互終端完成手動充值過程。
7.根據權利要求6所述的一種無介質高安全性電表的預付費方法，其特征在于所述手動充值的途徑包括:通過手機APP經藍牙輸入數字充值令牌；通過交互終端自帶鍵盤輸入數字充值令牌；銷售業務端將售電單據以二維碼形式推送至用戶手機，通過交互終端掃描該二維碼進行充值。
8.根據權利要求1所述的一種無介質高安全性電表的預付費方法，其特征在于用戶購電途徑包括電話購電、網絡購電、售電網點購電。
【文檔編號】G07F15/06GK104318671SQ201410521831
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2014年9月30日 優先權日:2014年9月30日
【發明者】王桃桃, 陸寒熹 申請人:江蘇林洋電子股份有限公司, 南京林洋電力科技有限公司