面向电力终端的轻量化5G硬加密通信模组研究及应用

doi:10.11959/j.issn.1000-0801.2023104

电信科学 ›› 2023, Vol. 39 ›› Issue (6): 159-169.doi: 10.11959/j.issn.1000-0801.2023104

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面向电力终端的轻量化5G硬加密通信模组研究及应用

张辰, 王红凯, 毛冬, 潘司晨, 赵帅

国网浙江省电力有限公司信息通信分公司，浙江杭州 310063

修回日期:2023-05-10 出版日期:2023-06-20 发布日期:2023-06-01
作者简介:张辰（1990- ），男，国网浙江省电力有限公司信息通信分公司工程师，主要研究方向为电力信息与网络安全技术
王红凯（1984- ），男，国网浙江省电力有限公司信息通信分公司正高级工程师，主要研究方向为电力信息与网络安全技术
毛冬（1991- ），男，国网浙江省电力有限公司信息通信分公司工程师，主要研究方向为电力信息与网络安全技术
潘司晨（1993- ），男，国网浙江省电力有限公司信息通信分公司工程师，主要研究方向为电力信息与网络安全技术
赵帅（1994- ），男，国网浙江省电力有限公司信息通信分公司工程师，主要研究方向为电力信息与网络安全技术
基金资助:
浙江省“尖兵”“领雁”研发攻关计划资助(2022C04006)

Research and application of 5G lightweight hardware encryption module for power terminals

Chen ZHANG, Hongkai WANG, Dong MAO, Sichen PAN, Shuai ZHAO

Information ＆ Telecommunication Branch, State Grid Zhejiang Electric Power Co., Ltd., Hangzhou 310063, China

Revised:2023-05-10 Online:2023-06-20 Published:2023-06-01
Supported by:
The Key Research and Development Program of Zhejiang Province(2022C04006)

摘要/Abstract

摘要：

随着5G新基建加速部署，终端应用业务逐步向各垂直行业延伸拓展。虽然5G技术同样能够很好地适配电力行业差异化的通信需求，但电力行业目前缺乏一类既满足电网业务安全接入需求，又兼备终端升级成本低、灵活可扩展的5G通信模组。为此，设计研制了一款面向电力终端的轻量化5G硬加密通信模组，以可插拔接口形式与电力终端连接，终端只需软件升级即可快速实现5G通信和加密认证。测试结果表明，该模组具备芯片级安全认证能力，能够兼顾5G通信能力和电网安全机制，不仅提高了终端接入电力内网的安全性，还降低了终端改造难度和5G通信硬件升级成本。

关键词: 5G模组, 电力终端, 安全接入, 硬加密, 轻量化

Abstract:

With the accelerated deployment of 5G new infrastructure, terminal application business has been gradually extended to various vertical industries.Although 5G technology can also adapt to the differentiated communication requirement for power industry, the power industry currently lacks a kind of 5G module that not only meets the security access requirement for power grid, but also has the advantage of low hardware upgrade cost, flexibility and scalability.Therefore, a 5G lightweight hardware encryption module for power terminals was designed and developed.The module is connected with the power terminal in the form of pluggable interface, and the capability of 5G communication and encryption authentication could be quickly realized just by terminal software upgrade.The test results show that the module has chip-level security authentication capability, and can take into account 5G communication and security mechanism, which not only improves the security of terminal access to the power intranet, but also reduces the difficulty of terminal transformation and 5G communication hardware upgrade cost.

Key words: 5G module, power terminal, secure access, hardware encryption, lightweight

中图分类号:

TN929.5

张辰, 王红凯, 毛冬, 潘司晨, 赵帅. 面向电力终端的轻量化5G硬加密通信模组研究及应用[J]. 电信科学, 2023, 39(6): 159-169.

Chen ZHANG, Hongkai WANG, Dong MAO, Sichen PAN, Shuai ZHAO. Research and application of 5G lightweight hardware encryption module for power terminals[J]. Telecommunications Science, 2023, 39(6): 159-169.

图/表 13

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参考文献 21

[1]	邱杰, 黄鹏, 刘浩 . “5G+工业互联网”综合多应用场景下的网络安全防御关键技术与应用[J]. 信息网络安全, 2020(S1): 131-134.
	QIU J , HUANG P , LIU H . “5G+ industrial Internet” integrates key technologies and applications of network security defense in multi-application scenarios[J]. Netinfo Security, 2020(S1): 131-134.
[2]	王俊, 田永春 . 一种面向关键行业应用的广域 5G 安全专网设计[J]. 中国电子科学研究院学报, 2021,16(10): 964-972.
	WANG J , TIAN Y C . Design of wide area 5G secure private network for key industry application[J]. Journal of China Academy of Electronics and Information Technology, 2021,16(10): 964-972.
[3]	卢梦琪 . 5G终端：新型消费与垂直行业加速渗透[N]. 中国电子报, 2021-09-24(6).
	LU M Q . 5G terminal:accelerated penetration of new consumption and vertical industries[N]. China Electronics News, 2021-09-24(6).
[4]	张辛欣 . 5G生活加速来，终端连接数近4.2亿[N]. 新华每日电讯, 2021-09-15(6).
	ZHANG X X . 5G life is accelerating,and the number of terminal connections is nearly 420 million[N]. Xinhua Daily Telegraph, 2021-09-15(6).
[5]	中国信息通信研究院. 中国5G发展和经济社会影响白皮书[R]. 2021.
	China Academy of Information and Communications Technology. White paper on 5G development and economic and social impact in China[R]. 2021.
[6]	程琳琳 . 移远通信已推出多款 5G 毫米波模组[J]. 通信世界, 2021(18): 28.
	CHENG L L . Quectel has launched a variety of 5G mmWave modules[J]. Communications World, 2021(18): 28.
[7]	5G应用产业方阵. 5G行业模组分级分类白皮书[R]. 2021.
	5G Applications Industry Array. White paper on 5G in-dustry module classification and classification[R]. 2021.
[8]	5G应用产业方阵,5G确定性网络产业联盟. 5G电力虚拟专网网络安全白皮书[R]. 2022.
	5G Applications Industry Array,5G Deterministic Networking Alliance. White paper on 5G power virtual private network security[R]. 2022.
[9]	李彬, 赵颖, 祁兵 ,等. 基于5G的需求响应通信安全问题分析与应用挑战[J]. 电网技术, 2021,45(12): 4778-4788.
	LI B , ZHAO Y , QI B ,et al. Security issues and application challenge of 5G based demand response[J]. Power System Technology, 2021,45(12): 4778-4788.
[10]	强奇, 武刚, 黄开枝 ,等. 5G 安全技术研究与标准进展[J]. 中国科学:信息科学, 2021,51(3): 347-366.
	QIANG Q , WU G , HUANG K Z ,et al. Survey on research and standardization of 5G security technology[J]. Scientia Sinica (Informationis), 2021,51(3): 347-366.
[11]	冯登国, 徐静, 兰晓 . 5G 移动通信网络安全研究[J]. 软件学报, 2018,29(6): 1813-1825.
	FENG D G , XU J , LAN X . Study on 5G mobile communication network security[J]. Journal of Software, 2018,29(6): 1813-1825.
[12]	张小建, 费稼轩, 姜海涛 ,等. 电力5G混合组网的安全风险分析[J]. 电信科学, 2022,38(1): 132-139.
	ZHANG X J , FEI J X , JIANG H T ,et al. Security risk analysis of power 5G hybrid networking[J]. Telecommunications Science, 2022,38(1): 132-139.
[13]	范镇淇, 王海冬, 马涛 ,等. 一种电力专用8MIMO多模高速5G通信终端及其方法:CN112532281A[P]. 2021-03-19.
	FAN Z Q , WANG H D , MA T ,et al. 8MIMO multi-mode high-speed 5G communication terminal special for electric power and method thereof:CN112532281A[P]. 2021-03-19.
[14]	徐涛, 李暖暖, 关儒雅 ,等. 基于5G的电力通信终端研制及应用研究[J]. 电工电气, 2021(8): 16-19,34.
	XU T , LI N N , GUAN R Y ,et al. Development and application of 5G power communication terminal[J]. Electrotechnics Electric (Jiangsu Electrical Apparatus), 2021(8): 16-19,34.
[15]	魏光村, 孙忠林, 徐燕妮 . 软件加密技术研究[J]. 福建电脑, 2006,22(9): 44-45.
	WEI G C , SUN Z L , XU Y N . Research on software encryption technology[J]. Fujian Computer, 2006,22(9): 44-45.
[16]	陈蒙琪, 付海旋, 李志荣 ,等. 基于5G的内置型电力通信终端设计与应用[J]. 供用电, 2022,39(6): 6-11,91.
	CHEN M Q , FU H X , LI Z R ,et al. Design and application of built-in power communication terminal based on 5G[J]. Distribution ＆ Utilization, 2022,39(6): 6-11,91.
[17]	王甜甜, 杨鸿珍, 毛秀伟 ,等. 基于5G电力虚拟专网的电力业务典型应用[J]. 电力信息与通信技术, 2021,19(9): 38-44.
	WANG T T , YANG H Z , MAO X W ,et al. The typical application scenarios based on 5G power virtual private network[J]. Electric Power Information and Communication Technology, 2021,19(9): 38-44.
[18]	李小文, 李阳阳, 雷秀 . 5G终端认证和密钥协商过程的研究与实现[J]. 计算机工程与应用, 2019,55(11): 35-39.
	LI X W , LI Y Y , LEI X . Research and implementation of authentication and key agreement process in 5G client[J]. Computer Engineering and Applications, 2019,55(11): 35-39.
[19]	代乾坤 . 基于SSL和国密算法的安全传输系统设计[J]. 计算机应用与软件, 2023,40(2): 326-330.
	DAI Q K . Design of secure transmission system based on SSL and national secret algorithms[J]. Computer Applications and Software, 2023,40(2): 326-330.
[20]	李露, 谢映宏, 李蔚凡 ,等. 基于国密算法的配电网终端通信安全架构研究[J]. 浙江电力, 2022,41(12): 79-87.
	LI L , XIE Y H , LI W F ,et al. Research of distribution network terminal communication security architecture based on cryptographic algorithm[J]. Zhejiang Electric Power, 2022,41(12): 79-87.
[21]	胡致远, 游梓霖, 徐鑫 ,等. 电力5G通信网络可靠性组网及部署技术[J]. 高电压技术, 2022,48(8): 3048-3058.
	HU Z Y , YOU Z L , XU X ,et al. Reliable networking and layout technology of power 5G communication network[J]. High Voltage Engineering, 2022,48(8): 3048-3058.

功能点	本文模组	常规5G商用模组
可支持SA、NSA	●	●
可支持 5G NR SA/NSA、LTE-FDD、LTE-TDD、HSPA+、HSDPA、WCDMA等多种网络制式	●	●
可支持n1/n28/n41/n78/n79频段	●	●
可支持IPv4与IPv6	●	●
可支持身份认证功能：通过存储国网安全代理授权的身份证书关联业务终端；通过5G网络将证书发给安全接入网关进行认证	●	○
可支持SM2和SM1算法专用加密模块、DES/3DES加密模块和RSA公钥算法引擎	●	○
注：●表示“支持”；○表示“不支持”。

测试次数/次	身份认证平均耗时/s		最大耗时/s		最小耗时/s
测试次数/次	a组	b组	a组	b组	a组	b组
测试5次	1.5	0.5	1.6	0.6	1.4	0.4
测试10次	1.5	0.5	1.6	0.6	1.4	0.4

测试时间/s	传输速率/（Mbit·s^-1）		平均时延/ms
测试时间/s	a组	b组	a组	b组
30	38.4	41.3	48.65	34.45
60	40.1	41.0	49.30	36.06
90	38.7	42.8	48.61	35.55

测试项	实测功耗/W	研发预期	是否符合预期
待机状态	1.36	待机功耗宜小于或等于1 W，最大不大于2 W	符合
正常工作	1.68	通信平均功耗宜小于或等于3 W	符合
极限状态	3.0	最高不大于3.5 W	符合

测试时间/min	测试情况	实际测试情况记录
30	正常	传输正常，未出现丢包现象
60	正常	传输正常，未出现丢包现象
90	正常	传输正常，未出现丢包现象

面向电力终端的轻量化5G硬加密通信模组研究及应用

Research and application of 5G lightweight hardware encryption module for power terminals

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