STS网络预付费系统

STS网络预付费系统介绍目录STS标准及其算法介绍2STS网络预付系统典型应用平台介绍4STS网络预付费解决方案3预付费系统的现状分析1典型应用案例6终端产品介绍5国内预付费系统的现状分析1预付费电能表发展概况STS方式与传统预付费比较比较项目逻辑加密卡CPU卡STS密钥安全性能操作时核对卡中的密码，但只进行一次认证，无其他的保护措施，安全性能较低用户和IC卡之间需要双方的密钥相互认证通过STS进行加密，进行一对一的加密，每次充值产生的密钥只能使用一次，而且和表计只能唯一使用，充值方式营业厅充值营业厅充值95598系统，移动POS机，E-BANK,支付宝，ATM机，短信增值等人工成本IC卡制作等成本，售卡补卡只能通过营业厅，需要读写设备IC卡制作等成本，售卡补卡只能通过营业厅，需要读写设备每次充值产生充值打印码纸，成本低廉，省去人工成本应用情况安全性能低，所以较少使用国网大量使用国外广泛使用STS网络预付费系统应用前景集中自动化抄表异常用电行为实时监测STS协议由南非的ESKOM国家电力公司提出;现已成为IEC标准:IEC62055IEC62055-51标准此部分定义了一个销售系统（POS）和一个符合STS电能付费电能表之间购电和其他管理信息传输单元的标准传输规范物理层协议。IEC62055-52电能测量-付费售电系统.第52部分:标准传输规范(STS).直接本地连接双程虚拟令牌载波的物理层协议IEC62055-41协议预付费电能表与售电管理中心的数据依循IEC62055-41的标准转换协议通用性好，安全性好STS协议中稳定交换数据为TOKEN（令牌）IEC62055-51电能测量-付费售电系统.第51部分:标准传输规范(STS).单程数字卡和磁卡令牌载波的物理层协议范围IEC62055-51标准此部分定义了一个销售系统（POS）和一个符合STS电能付费电能表之间购电和其他管理信息传输单元的标准传输规范物理层协议。定义为：各类令牌载波类型，如数字卡和磁卡，在POS物理层协议中令牌载波上的令牌数据编码。各类令牌载波类型，如数字卡和磁卡，在付费电能表物理层协议中来自令牌载波的令牌数据解码。其主要目的为：付费电能表制造商必须接受符合STS的令牌，也意味着：POS系统制造商必须生产与STS相符合的令牌，且在其相关标准IEC62055-41中应被读出。注1：除了适用电能付费系统的开发，此标准也涵盖用于其他相关行业的令牌，如气表，水表。注2：符合STS的产品符合此国际标准的相关部分将在销售合同中做出规定。（见附录A）。图1STS协议栈物理层协议参考类型APDU应用层数据单元，数据接口至应用层协议TCDU令牌载波数据单元，数据接口至物理层协议STS是一个在一个POS和一个付费电能表间使用一个令牌载波作为传输介质的安全数据传输协议。当物理层协议处理在各种类型令牌载波上的令牌数据实际加密时，应用层协议处理令牌，加密过程和功能均在IEC62055-41中有所规定。（见图1）IEC62055此部分规定了一个物理层协议处理在一个数字令牌载波，一个磁卡令牌载波和IEC62055-41中规定的相关应用层协议操作上的令牌数据实际编码。物理传输令牌载波设备其他类型，如：数字，磁卡，存储卡，存储键，都在IEC62055-5x系列标准中有相关规定。一个更完整的STS参考模型说明和从POS应用程序至电能表应用程序的数据流均可在IEC62055-41条元格式引用参考TCT2个数字5.1.2令牌数据66位5.1.3ID记录36/33个数字5.1.4PRN记录正文5.1.55POS至令牌载波接口：物理层协议5.1TCDU5.1.1TCDU中的数据项TCDU为一个数据接口至物理层协议并由表1中数据项组成。表1TCDU中数据项5.1.2TCT指示令牌载波类型上（见IEC62055-41条款6.1.3）令牌数据编码。元素文本格式IEC62055-41引用参考电能表PAN符合ISO标识付费电能表原始账户号18个数字6.1.2截至日期标识数据的可选截至日期作为在一个付费电能表ID卡或令牌载波上编码（见5.2.3）4个数字或1个数字6.1.11TCT指示此电能表PAN关联令牌载波类型2个数字6.1.3EA指示此电能表PAN关联加密算法2个数字6.1.5SGC指示此电能表PAN关联供电组6个数字6.1.6TI指示此电能表PAN关联费率索引2个数字6.1.7KRN指示此电能表PAN密匙修正编号1个数字6.1.85.1.4ID记录可选标识数据在付费电能表ID卡或连同令牌数据的令牌载波上编码。可选ID记录包括表2中的数据项。表2ID记录中的数据项元格式引用参考TCT2个数字5.1.2令牌数据66位5.1.3ID记录36/33个数字5.1.4PRN记录正文5.1.5POS至令牌载波接口：物理层协议5.1TCDU5.1.1TCDU中的数据项TCDU为一个数据接口至物理层协议并由表1中数据项组成。表1TCDU中数据项项格式引用参考令牌数据66位6.1.2令牌擦除Boolean6.1.3验证结果Boolean6.1.4有效结果Boolean6.1.5令牌结果Boolean6.1.6TCDU中数据项6.1.2令牌数据此为从令牌载波中的令牌数据66位二进制格式。为同一数据项作为TCDU中从POS至令牌载波接口元素文本格式IEC62055-41引用参考电能表PAN符合ISO标识付费电能表原始账户号18个数字6.1.2截至日期标识数据的可选截至日期作为在一个付费电能表ID卡或令牌载波上编码（见5.2.3）4个数字或1个数字6.1.11TCT指示此电能表PAN关联令牌载波类型2个数字6.1.3EA指示此电能表PAN关联加密算法2个数字6.1.5SGC指示此电能表PAN关联供电组6个数字6.1.6TI指示此电能表PAN关联费率索引2个数字6.1.7KRN指示此电能表PAN密匙修正编号1个数字6.1.8ID记录中的数据项条款内容引用参考ID记录是否售电系统需要在令牌载波中记录一个ID。选项：在令牌载波中使用ID记录在令牌载波中不使用ID记录（为现行办法）5.1.4截至日期如果ID记录被使用在令牌载波中，其后时候那些记录应实施一个截至日期选项：截至日期将不被使用（为现行办法）截至日期被使用5.1.4PRN记录是否售电系统需要在令牌载波中打印记录选项：不打印PRN记录打印PRN记录（提供售电系统信息）5.1.5磁卡ID记录是否售电系统在磁卡载波中需要使用ID记录（记录2）选项：在磁卡令牌载波中使用ID记录在磁卡令牌载波中不使用ID记录（为现行办法）5.2.4表A.1购买合同和投标中应注明项目IEC62055-52电能测量-付费售电系统.第52部分:标准传输规范(STS).直接本地连接双程虚拟令牌载波的物理层协议STS协议参考模型位值语法起始位0串行位流开始符数据位00-1字符号最低有效位数据位10-1字符号数据位20-1字符号数据位30-1字符号数据位40-1字符号数据位50-1字符号数据位60-1字符号最高有效位校验位01如果数据位0至6包括和二进制1’s偶数如果数据位0至6包括和二进制1’s奇数停止位1串行位流结束符6.3.2传输格式图2字符传输格式字符传输格式包含1个起始位，7个数据位，1个偶校验位和一个停止位。见图27位ASCII字符位编号见表2表2一个7位字符号位编码图3服务器协议流程图图A.1ID请求处理功能服务器状态图读命令处理功能服务器状态图写命令处理功能服务器状态图Electricitymetering–电量测量Paymentmeteringsystems–付费测量系统Part41:41节：StandardTransferSpecification标准传输规范IEC62055-41协议预付费电能表与售电管理中心的数据依循IEC62055-41的标准转换协议该协议由南非的ESKOM国家电力公司提出。（现已成为IEC标准）通用性好，安全性好STS协议中稳定交至数据为TOKEM（令牌）0000继电器测试显示用电量密钥版本号费率索引号子类号类号01230充值水初始化测试最大功率设置1充值电清除充值2充值气设置费率3充值时间密钥设置（低32位）4充值金额密钥设置（高32位）5清除事件6水表文件7最大机终端功率和不年数据8-10保留11-15自定义设置TOKEN类别密钥设置低32位密钥设置高32位3DES算法64位KEYDATAMODElSTS协议中可用TOKEN分三类充值，初始化/测试，管理一串加密TOKEN（20个BCD码），依据STS协议进行进制转换，获得一位十六进制数（66位二进制数），将循环冗余检验码（末位两字节）除外的50位二进制数扩充到7个字节（高位补零），进行CRC校验。若表计计算得到的校验码与POS（预电）下传的校验码（加密TOKEN的末两字节）一致，其中表号是在进行解密操作之前就被提取出来了的，购电数据的处理过程如图示充值TOKEN:充值TOKEN64位待处理数据是被上位机软件采用3DES加密算法后的密文数据，通过存贮在EEPROM中的密钥对其解密后,解密其明文数据格式为:充值TOKEN组成:类号子类号随机数Token辨识号数量CRC校验2bits4bits4bits24bits16bits16bits00--------数据串6项数据：token类型号、系统加密时的随机数、token辨识码（TokenIdentifierTID)、购买电量值、CRC校验码，类号是解密之前提取，当类号与子类号均为0时，传递变量值为所购电量值。20位BCD码（键入...）12873154141029668781转换后得66位二进制数0B2A6A17C82EC17AD被加密的64位二进制数据B2A6A17C82EC17AD表中存储的密钥1234567890123456解密后得到64位二进制数C0B6DA159006445B6类号（00）子类号（0000）随机数（1011）TID（6DA159）传递值（0064）CRC码（45B6）类号00电费购买卡购买日期2006/8/30购买时刻9:29:20购买电量100kWhTID(辩识号)是STS协议中的重要数据成分，表示购买TOKEN时刻最初时刻距最初时刻（1993/1/1,00:00:00）的时间（以分钟为单位）协议要求表计预留存储50个记录的空间用来保存最新的TID，表计根据此记录来判断（令牌购电）的有效性若TOKEN中TID已存在于记录中，表计提示“USED”拒绝接受；若TID早于50多记录中的任一条，表计提示OLD,拒绝接收。为避免TID重复，STS规定若同一分钟内出售多条TOKEN中，将从第二条开始，按购买顺序依次将TID将1，再生成TOKEN（新）然后POS还原其实的TID，存储备份数据当类号子类号均为0时，传递变量值为所购买的电量，单位为100Wh，数据的转换规则为t=10e×m,e=0…………………………………………………………………….①et=10e×m+∑(214×10(n-1)),e0…………………………………………………………………….②n=1式中，高两位（15-16为数据E；低4位（0-14）为基数M（例当E=3，M=0X3FFFF,用户购电量为1820162.4KWH类号子类号控制字厂号CRC校验码2bits4bits36bits8bits16bits10---11-10保留扩展用保留保留-111-15用户自定义自定义0-99-（2）初始化/测试TOKEN初始化/测试TOKEN是唯一不被加密的数串中，无需解密操作，用于厂家在电能表出厂前的性能检测STS协议已经定义了测试模式，由控制字的相应位置1来标识，仍剩下的23个控制位尚未定义，留作来扩展使用，测试模式定义为下表在子类为0；控制位为1时，表位测试项是“继电器开/合测试”。子类号为11-15时，用户可自定义测试项，但厂号必须标明（3）管理TOKEN管理TOKEN跟充值TOKEN一样，是密文数据，用于管理部门对表计进行参数设计。STS协议在电量管理方面定义