有位客戶(hù)采用預(yù)付電費(fèi)方案，回家后卻發(fā)現(xiàn)照明燈沒(méi)有亮。于是，她拿出手機(jī)并打開(kāi)一個(gè)應(yīng)用程序（app），向其電費(fèi)賬戶(hù)中又額外增加了50美元額度。然后她將手機(jī)靠近電能監(jiān)測(cè)顯示單元（HDU），不到5分鐘，家里的照明燈又亮了。她并未意識(shí)到，但她確實(shí)利用了近場(chǎng)通信（NFC）以及HDU中的安全認(rèn)證標(biāo)簽預(yù)付了電費(fèi)。這種預(yù)付費(fèi)系統(tǒng)就是本文討論的內(nèi)容，是基于NFC/RFID安全認(rèn)證器IC的電能預(yù)付系統(tǒng)。我們將討論如何部署基于NFC智能手機(jī)的雙向預(yù)付費(fèi)系統(tǒng)，其中以供電公司和用戶(hù)之間的高級(jí)表計(jì)基礎(chǔ)架構(gòu)（AMI）以及安全NFC/RIFD標(biāo)簽認(rèn)證器作為基本的安全電路。DeepCover MAX66242就是其中一款安全標(biāo)簽認(rèn)證器。

電表預(yù)付費(fèi)系統(tǒng)的背景

在美國(guó)，傳統(tǒng)上是由提供水、電及天然氣服務(wù)的事業(yè)單位以預(yù)付郵資的形式將賬單寄給用戶(hù)。他們只需以月或季度為周期跟蹤用戶(hù)在上月/季度的用量，然后根據(jù)用量開(kāi)具賬單。要求用戶(hù)在預(yù)定時(shí)間內(nèi)進(jìn)行支付，否則可能存在斷電的風(fēng)險(xiǎn)。

我們都是電力用戶(hù)，其中有些人平時(shí)并不關(guān)心公共能源用量（及氣、熱、水等），直到下次收到賬單。當(dāng)然，我們的觀(guān)念也在轉(zhuǎn)變，更加關(guān)心和在意天然資源的消耗量，變得更加節(jié)儉。許多用戶(hù)也希望能夠更好地控制其公共能源的財(cái)務(wù)狀況。下面，我們就討論上述故事中虛擬用戶(hù)使用的新型高效預(yù)付費(fèi)系統(tǒng)。

預(yù)付費(fèi)服務(wù)已經(jīng)普及了幾十年，尤其是在英國(guó)、澳大利亞、新西蘭、比利時(shí)、南非等國(guó)家。而美國(guó)用戶(hù)一般只習(xí)慣使用手機(jī)、電話(huà)卡以及過(guò)橋和過(guò)路費(fèi)的預(yù)付費(fèi)服務(wù)。對(duì)于偏遠(yuǎn)地區(qū)的用戶(hù)（投資者對(duì)其投資支出并不總是有投資回報(bào)（ROI）），以及類(lèi)似高校學(xué)生等流動(dòng)人口，預(yù)付費(fèi)服務(wù)也是一種很好形式。

上文中我們的女主角完全不必直接與供電公司打交道，而是通過(guò)家中的HDU控制AMI系統(tǒng)供電。為了進(jìn)行支付并恢復(fù)電力服務(wù)，系統(tǒng)利用NFC標(biāo)簽安全認(rèn)證器來(lái)確保交易安全。

預(yù)付費(fèi)系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)

用戶(hù)首先具有一定的賬戶(hù)余額，供電公司實(shí)時(shí)跟蹤用電量并從預(yù)付費(fèi)額度中扣減對(duì)應(yīng)的電費(fèi)。如果未及時(shí)支付或未向賬戶(hù)中增加額度，服務(wù)將中斷。

全球范圍的供電公司正越來(lái)越多地采用預(yù)付費(fèi)業(yè)務(wù)模式。無(wú)數(shù)新興經(jīng)濟(jì)體依賴(lài)這種模式作為吸引眾多投資渠道的一種方式。尤其是預(yù)付電費(fèi)已經(jīng)成為全球性發(fā)展趨勢(shì)。法維翰咨詢(xún)公司（Navigant Consulting，原Pike Research）的一項(xiàng)研究報(bào)告表明，全球范圍內(nèi)預(yù)付費(fèi)表計(jì)用戶(hù)的安裝數(shù)量將從2014年的3170萬(wàn)戶(hù)增加到2024年的8520萬(wàn)戶(hù)，年均復(fù)合增長(zhǎng)率（CAGR）為10.4%。該報(bào)告預(yù)測(cè)北美的預(yù)付費(fèi)表計(jì)安裝數(shù)量在相同周期內(nèi)將從650，000戶(hù)增加至310萬(wàn)戶(hù)，CAGR為17.0%。［1］ 如圖1所示，預(yù)測(cè)預(yù)付費(fèi)用戶(hù)增長(zhǎng)最快的地區(qū)是亞太地區(qū)。

圖1. 法維翰咨詢(xún)公司（Navigant Research）研究報(bào)告中的圖表，“2014至2024全球預(yù)付費(fèi)電表安裝數(shù)量的地區(qū)分布”。圖表由Navigant Consulting Inc提供。

預(yù)付費(fèi)模式在雙方都具有良好的基礎(chǔ)，供電公司和客戶(hù)都容易接受。該模式已經(jīng)被廣泛應(yīng)用并從多方面形成多贏(yíng)局面。

預(yù)付費(fèi)允許供電公司降低收款費(fèi)用；無(wú)需收取大量保證金或斷電費(fèi)用，降低沖銷(xiāo)開(kāi)支；避免與欠費(fèi)用戶(hù)之間的糾葛，減少不良債務(wù)。電力公司可以輕松達(dá)到100%的收繳率。預(yù)付費(fèi)在消費(fèi)之前獲得收入，允許供電公司進(jìn)行投資并實(shí)現(xiàn)可預(yù)測(cè)的ROI。該模式也無(wú)需派遣員工在物理上斷開(kāi)或恢復(fù)用戶(hù)的電力服務(wù)。采用預(yù)付費(fèi)后，無(wú)需每月準(zhǔn)備電費(fèi)賬單。所以，供電公司就減少了成本較高的文案工作以及郵資、紙張、打印和處理等相關(guān)費(fèi)用。

用戶(hù)為什么愿意預(yù)付費(fèi)呢？簡(jiǎn)短回答就是預(yù)付費(fèi)提供了方便監(jiān)測(cè)用電量的最佳途徑。不再需要保證金、信用調(diào)查、截止日期或滯納金！再也不會(huì)發(fā)生斷電或恢復(fù)費(fèi)用，不再受到賬單“恐嚇”，利用智能手機(jī)可通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)24/7隨時(shí)支付。預(yù)付費(fèi)為那些希望明智用電的用戶(hù)提供了途徑；為用戶(hù)提供了管理其賬單以及用電量的機(jī)會(huì)，對(duì)其使用情況具有更清晰的認(rèn)識(shí)。有助于用戶(hù)更好地理解能源/燃料節(jié)約的好處。

我們已經(jīng)目睹人類(lèi)的行為方式在隨著新技術(shù)趨勢(shì)的發(fā)展而發(fā)生變化。有理由相信，如果用戶(hù)能夠在家庭能源監(jiān)測(cè)裝置上看到其日常的能源消耗，就有積極性改變消費(fèi)模式和習(xí)慣。

電能預(yù)付費(fèi)系統(tǒng)的基礎(chǔ)設(shè)施

高級(jí)表計(jì)基礎(chǔ)架構(gòu)（AMI）

任何預(yù)付費(fèi)計(jì)劃的底層技術(shù)都是智能表計(jì)技術(shù)，也稱(chēng)為高級(jí)表計(jì)基礎(chǔ)架構(gòu)（AMI），該技術(shù)支持用戶(hù)和公共事業(yè)單位之間的實(shí)時(shí)連接；其核心是數(shù)字表（通常稱(chēng)為智能電表），具備遠(yuǎn)程斷開(kāi)和重新連接功能。

憑借供電公司后臺(tái)與已部署智能電表之間的這種雙向通信網(wǎng)絡(luò)，能夠?qū)崟r(shí)傳輸用電數(shù)據(jù)和遠(yuǎn)程斷電/恢復(fù)供電命令。利用AMI，供電公司現(xiàn)在能夠以預(yù)定義間隔從智能電表收集電表讀數(shù)，最短只需幾分鐘甚至更短。電力公司也借此進(jìn)行收費(fèi)或部署電表軟件的升級(jí)。

AMI另一項(xiàng)關(guān)鍵配套組件是分離式可插拔電能監(jiān)測(cè)顯示單元（HDU），該裝置位于用戶(hù)家中。

家庭顯示單元（HDU）

用戶(hù)的HDU（圖2）實(shí)際上是一種電力狀態(tài)監(jiān)測(cè)裝置，是用戶(hù)和供電公司之間的雙向通信入口。HDU支持NFC。用戶(hù)可利用其智能手機(jī)或平板電腦平臺(tái)通過(guò)Wi-Fi？或蜂窩網(wǎng)絡(luò)買(mǎi)電，然后利用智能手機(jī)的NFC接口將這些購(gòu)買(mǎi)金額從智能手機(jī)傳輸?shù)紿DU。

圖2. 基于NFC的預(yù)付費(fèi)家庭顯示單元（HDU）演示板。HDU與供電公司的后臺(tái)通信，更新剩余的電量額度。通過(guò)家庭中現(xiàn)有電力線(xiàn)利用電力線(xiàn)通信（PLC）完成交易。

該HDU演示平臺(tái)的目的是為了演示系統(tǒng)工作原理。HDU的核心是MAX66242安全NFC標(biāo)簽認(rèn)證器。圖3所示為演示單元的所有組件。LCD顯示消耗的電力以及剩余的電費(fèi)總量。有一個(gè)開(kāi)關(guān)可使能或禁止能源消耗。需要支持NFC功能的智能手機(jī)才能操作該HDU。連接至筆記本電腦的本地Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)可模擬供電公司的服務(wù)器。使用的是ZyXEL的MWR102旅行路由器。服務(wù)器運(yùn)行TCP/IP client-server應(yīng)用，負(fù)責(zé)處理購(gòu)電交易。

圖3. 此處所示的預(yù)付費(fèi)供電公司演示平臺(tái)采用MAX66242安全認(rèn)證器標(biāo)簽和MAXQ610微控制器（圖中未顯示）。

HDU顯示用戶(hù)的能耗和支出信息。利用供電公司提供的軟件應(yīng)用程序，用戶(hù)可訪(fǎng)問(wèn)其日、月或即時(shí)用電情況，從而為其提供分析以及可能改變其用電習(xí)慣，減少預(yù)算的機(jī)會(huì)。智能電表和HDU之間的通信也可以是硬件連接，從電源插座處通過(guò)電力線(xiàn)傳輸數(shù)據(jù)（即電力載波通信，PLC）。

當(dāng)用戶(hù)賬戶(hù)余額達(dá)到預(yù)設(shè)下限時(shí)，供電公司可利用HDU向用戶(hù)發(fā)送聲音報(bào)警。用戶(hù)也可選擇通過(guò)電子郵件、短消息、電話(huà)或全部三種方式接受這種提醒。用戶(hù)在任何時(shí)間均可利用支持NFC的智能手機(jī)/平板電腦買(mǎi)電。然后將購(gòu)買(mǎi)的電裝載至HDU。如果用戶(hù)的預(yù)付費(fèi)額度已經(jīng)全部用完，HDU的顯示屏可設(shè)計(jì)為變?yōu)榧t色，并在之后很快斷電。在發(fā)生再次預(yù)付費(fèi)后，遠(yuǎn)程恢復(fù)供電。

HDU架構(gòu)及其工作原理

圖4所示為實(shí)際的演示HDU，分別是正面和背面，基于MAX66242評(píng)估板（EV）。該架構(gòu)采用符合ISO/IEC 15693標(biāo)準(zhǔn)的DeepCover安全標(biāo)簽認(rèn)證器IC （MAX66242）實(shí)現(xiàn)電能預(yù)付費(fèi)系統(tǒng)。在評(píng)估板上增加了顯示屏，便于雙向通信。

安全是該電能預(yù)付費(fèi)系統(tǒng)的重要特點(diǎn)。該HDU利用MAX66242安全標(biāo)簽集成的SHA-256加密技術(shù)及其存儲(chǔ)器保護(hù)特性，確保電能預(yù)付費(fèi)的扣減和充值不會(huì)將整個(gè)通信暴露給造假者以及/或者試圖竊取隱私信息的任何人。

圖4. HDU正面PCB（上），包括集成NFC天線(xiàn)和顯示屏；HDU背面PCB（下），可看出NFC天線(xiàn)線(xiàn)圈連接至MAX66242安全標(biāo)簽認(rèn)證器。

實(shí)際系統(tǒng)操作非常簡(jiǎn)單。首先，用戶(hù)利用供電公司提供的智能手機(jī)軟件為用電賬戶(hù)充值（圖5中的第1步和第2步）。第二，用戶(hù)將智能手機(jī)的NFC天線(xiàn)對(duì)準(zhǔn)HDU的八邊形天線(xiàn)。手機(jī)和HDU之間進(jìn)行握手，將用戶(hù)購(gòu)買(mǎi)的用電額度從智能手機(jī)安全地傳輸至HDU（第3步）。第三，更新用戶(hù)賬戶(hù)的預(yù)付費(fèi)電費(fèi)額度總量，并瞬時(shí)在HDU的顯示屏上更新總額度。對(duì)于斷電后增加了用電額度的用戶(hù)，在第4步中觸發(fā)遠(yuǎn)程斷電和恢復(fù)開(kāi)關(guān)。在利用第5步鏈路從智能表向HDU更新的同時(shí)，在第6步中將數(shù)據(jù)同步至供電公司的服務(wù)器。注意，目前的演示平臺(tái)中，必須將已購(gòu)買(mǎi)的用電額度從手機(jī)傳遞至HDU裝置，才能用同一個(gè)智能手機(jī)再次購(gòu)買(mǎi)新的用電額度。

圖5. 高級(jí)預(yù)付費(fèi)表計(jì)基礎(chǔ)架構(gòu)，包括買(mǎi)電流程。第1步中，用戶(hù)利用定制的app買(mǎi)電，并將財(cái)務(wù)數(shù)據(jù)傳輸至電力公司的后臺(tái)服務(wù)器。在第2步中將預(yù)付費(fèi)額度（數(shù)據(jù)包，包括最大電表值或MMV）傳輸至智能手機(jī)。然后用戶(hù)在第3步中將這些用電額度傳輸至其HDU。

通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)操作

利用我們周?chē)鸁o(wú)所不在的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)，無(wú)需完全部署AMI，即可快速建立該預(yù)付費(fèi)系統(tǒng)（圖6）。

用戶(hù)首先需要填寫(xiě)簡(jiǎn)要信息，在電力公司的預(yù)付費(fèi)系統(tǒng)上注冊(cè)賬號(hào)。然后利用輸入到簡(jiǎn)要信息中的憑證配置賬戶(hù)并激活預(yù)付費(fèi)系統(tǒng)。供電公司在HDU中儲(chǔ)存一個(gè)密鑰（即S密鑰），然后將HDU發(fā)送給用戶(hù)。如果用戶(hù)申請(qǐng)，供電公司可派遣技術(shù)人員到用戶(hù)現(xiàn)場(chǎng)完成硬件安裝。

圖6. 預(yù)付費(fèi)系統(tǒng)利用標(biāo)準(zhǔn)無(wú)線(xiàn)PLC實(shí)現(xiàn)HDU和電力公司后臺(tái)的通信。

圖6所示為通過(guò)公共無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)或蜂窩網(wǎng)絡(luò)將電表讀數(shù)發(fā)送回收集點(diǎn)或云端的方式。在智能電表和HDU之間傳遞全部的報(bào)警、用電數(shù)據(jù)、斷電/恢復(fù)供電、電表欺詐行為檢查命令等。像HDU一樣，預(yù)付費(fèi)手機(jī)app允許用戶(hù)實(shí)時(shí)訪(fǎng)問(wèn)其預(yù)付費(fèi)余額、用電歷史，以及其他賬戶(hù)信息。從供電公司后臺(tái)發(fā)送至HDU的信息包括通知用戶(hù)余額較低的報(bào)警、斷電以及其它賬戶(hù)信息。

該方法為供電公司提供了利用廣泛可用的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)部署預(yù)付費(fèi)服務(wù)計(jì)劃的方法，具有平穩(wěn)、可擴(kuò)展等特點(diǎn)。最后，該配置可遷移至完整的AMI部署架構(gòu)。

確保電能預(yù)付費(fèi)交易的安全性

為確保這些財(cái)務(wù)交易的安全，選用MAX66242，這是HDU內(nèi)部的關(guān)鍵電子器件。該標(biāo)簽認(rèn)證器IC集成無(wú)線(xiàn)NFC/RFID接口和I2C接口。32字節(jié)SRAM緩沖器有利于通過(guò)I2C接口進(jìn)行高速數(shù)據(jù)傳輸。IC具有加密引擎和帶有保護(hù)模式的用戶(hù)存儲(chǔ)器，是保護(hù)HDU中隱私信息的最佳和最安全方案。MAX66242也內(nèi)置硬件保護(hù)功能，包括專(zhuān)有的管芯級(jí)物理技術(shù)、電路以及加密方法，隔離和保護(hù)HDU，防止被黑客或惡意攻擊者篡改或損壞。

MAX66242本質(zhì)上是HDU內(nèi)部的安全元件。集成的SHA-256加密引擎提供對(duì)稱(chēng)質(zhì)詢(xún)-應(yīng)答安全認(rèn)證（圖7），基于供電公司后臺(tái)服務(wù)器（作為主機(jī)，M密鑰）和HDU（作為從機(jī)，S密鑰）之間的共公密鑰。位于供電公司的后臺(tái)密鑰服務(wù)器實(shí)現(xiàn)該系統(tǒng)的M密鑰，S密鑰安全地保存在用戶(hù)家中HDU的MAX66242中。此外，每個(gè)用戶(hù)的HDU采用唯一的S密鑰行工作。當(dāng)需要將購(gòu)買(mǎi)的用電額度傳輸至HDU時(shí)，安全服務(wù)器必須在本地建立與目標(biāo)HDU中儲(chǔ)存的相同的S密鑰。根據(jù)儲(chǔ)存在安全服務(wù)器上的M密鑰用戶(hù)的HDU配置數(shù)據(jù)，利用直接和加密的過(guò)程，可實(shí)現(xiàn)這一目的。這一過(guò)程不會(huì)被外部的不法人員所復(fù)制，在完成之后，安全服務(wù)器即臨時(shí)持有MAX66242中的儲(chǔ)存的S密鑰副本。用于電能額度交換的后臺(tái)SHA-256加密算法基于美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院（NIST）頒布的安全散列標(biāo)準(zhǔn)FIPS PUB 180。除確保數(shù)據(jù)交換安全外，SHA-256也是一款強(qiáng)大的防偽工具。

HDU平臺(tái)如圖7所示。HDU的（MAX66242）用戶(hù)存儲(chǔ)器中有四個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)，儲(chǔ)存電能表的最大千瓦時(shí)（kWh）值，我們稱(chēng)之為最大電表值（MMV）。與加載額度然后在用電時(shí)扣減的方法不同，這種情況下采用的方法是累加。當(dāng)用戶(hù)買(mǎi)電時(shí)（預(yù)付費(fèi)），在總額度上加上新額度。所以，MMV是預(yù)付費(fèi)額度允許的最大千瓦時(shí)讀數(shù)，達(dá)到該讀數(shù)時(shí)將斷電。這里使用的方法利用MAX66242中的存儲(chǔ)頁(yè)執(zhí)行SHA-256運(yùn)算，此時(shí)器件已經(jīng)被設(shè)置為認(rèn)證保護(hù)模式（IC支持的眾多存儲(chǔ)器保護(hù)模式之一）。該方法也允許每個(gè)HDU具有自身唯一的S密鑰，在數(shù)學(xué)上與服務(wù)器上的M密鑰關(guān)。同樣，在該方法中，智能手機(jī)僅提供一個(gè)途徑，一種信息渠道。

圖7. HDU框圖。服務(wù)器利用主機(jī)密鑰（M密鑰）和包括HUD ROM ID在內(nèi)的用戶(hù)相關(guān)數(shù)據(jù)計(jì)算從機(jī)密鑰（S密鑰）。

由于客戶(hù)配置文件是客戶(hù)首次在供電公司注冊(cè)帳戶(hù)時(shí)創(chuàng)建的，所以系統(tǒng)知道客戶(hù)信息。現(xiàn)在，后臺(tái)服務(wù)器擁有客戶(hù)的個(gè)人信息（例如姓名、住址等）、MMV（對(duì)于新用戶(hù)，初始值為0）、HDU的唯一序列號(hào)（即ROM ID），以及從其配置中選擇的存儲(chǔ)頁(yè)數(shù)據(jù)信息。用戶(hù)按照?qǐng)D7所示的交易流程進(jìn)行買(mǎi)電。

1.用戶(hù)利用支持NFC的智能手機(jī)或平板電腦，通過(guò)定制的app進(jìn)行預(yù)付費(fèi)（比如1000kWh）。這種情況下，app通過(guò)用戶(hù)的蜂窩數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)或家庭Wi-Fi直接從供電公司買(mǎi)電。供電公司的app指導(dǎo)用戶(hù)完成交易。在服務(wù)器執(zhí)行交易并驗(yàn)證成功完成預(yù)付費(fèi)后，服務(wù)器將用戶(hù)預(yù)付費(fèi)總額增加到MMV。

2.然后服務(wù)器生成一個(gè)數(shù)據(jù)包，其中包括新存儲(chǔ)頁(yè)數(shù)據(jù)（即新MMV）和計(jì)算的對(duì)應(yīng)信息驗(yàn)證代碼（MAC），用于對(duì)HDU的MAX66242執(zhí)行認(rèn)證寫(xiě)操作。服務(wù)器通過(guò)建立的蜂窩數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)或Wi-Fi連接將數(shù)據(jù)包發(fā)送至智能手機(jī)。

3.現(xiàn)在，用戶(hù)即可通過(guò)NFC接口將購(gòu)買(mǎi)的電從智能手機(jī)傳輸至HDU。正如文章開(kāi)頭虛構(gòu)故事中描寫(xiě)的那樣，用戶(hù)只需將智能手機(jī)靠近HDU的天線(xiàn)即可。當(dāng)智能手機(jī)的NFC天線(xiàn)與HDU的八邊形天線(xiàn)對(duì)準(zhǔn)時(shí)，可實(shí)現(xiàn)最佳、最可靠的連接。然后智能手機(jī)使用服務(wù)器提供的認(rèn)證寫(xiě)操作以及信息驗(yàn)證代碼（MAC），將新MMV（比如1000kWh）寫(xiě)到HDU（具體講，是MAX66242存儲(chǔ)頁(yè)）。（注意，NFC智能手機(jī)僅僅是執(zhí)行認(rèn)證的渠道，既沒(méi)有M密鑰，也對(duì)其一無(wú)所知。）完成存儲(chǔ)器安全認(rèn)證后，智能手機(jī)發(fā)送一條短消息，向HDU報(bào)告?zhèn)鬏斖瓿?。該消息使MAX66242向HDU的微控制器（MAXQ610）發(fā)送一個(gè)信號(hào)，觸發(fā)中斷，表示有新額度可用。然后微控制器讀取MAX66242存儲(chǔ)頁(yè)并更新自身的MMV副本。只有具有M密鑰的服務(wù)器才能進(jìn)行更新，并且此時(shí)將顯示在HDU的屏幕上，供用戶(hù)參考。將重新計(jì)算并顯示剩余的電量。

現(xiàn)場(chǎng)抄表：防止欺詐和竊電

有時(shí)候，為了確保智能電表和/或HDU不遭受攻擊，供電公司需要進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)抄表。（參見(jiàn)圖5中的第7步）?，F(xiàn)場(chǎng)抄表將發(fā)現(xiàn)供電公司服務(wù)器儲(chǔ)存的MMV值與HDU中儲(chǔ)存的MMV值之間的不一致。HDU的MMV讀數(shù)不應(yīng)超過(guò)服務(wù)器上儲(chǔ)存的MMV值，所以?xún)蓚€(gè)數(shù)字之間的任何不一致現(xiàn)象都說(shuō)明發(fā)生了篡改甚至竊電。

現(xiàn)場(chǎng)抄表收集HDU中目前儲(chǔ)存的總千瓦時(shí)值，并將其傳輸至供電公司的服務(wù)器。收集現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的方法有兩種：利用PLC通信，通過(guò)家庭電力線(xiàn)將智能電表連接至HDU；或者服務(wù)人員到現(xiàn)場(chǎng)，利用智能手機(jī)抄表。圖8所示為在HDU演示平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)的現(xiàn)場(chǎng)抄表步驟。

1.現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員通過(guò)智能手機(jī)app從供電公司服務(wù)器請(qǐng)求隨機(jī)質(zhì)詢(xún)，對(duì)電表進(jìn)行安全認(rèn)證。

2.智能手機(jī)命令HDU中的MAX66242計(jì)算隨機(jī)質(zhì)詢(xún)、包含MMV的存儲(chǔ)頁(yè)，以及其他各種數(shù)據(jù)值的SHA-256 MAC值。

3.智能手機(jī)將計(jì)算得到的MAC值發(fā)送到供電公司的服務(wù)器，驗(yàn)證電表的真實(shí)性。該方法無(wú)需智能手機(jī)知道M密鑰。

4.供電公司的服務(wù)器計(jì)算自身的MAC值，并將其與從HDU接收的MAC值進(jìn)行比較。

5.如果兩個(gè)MAC值一致，服務(wù)器向智能手機(jī)響應(yīng)“良好HDU”消息。這意味著HDU處于良好工作狀態(tài)，未被篡改。然而，如果未成功完成安全認(rèn)證過(guò)程，就意味著HDU已經(jīng)被篡改。

圖8. 服務(wù)人員檢查是否存在欺詐。被判斷存在欺詐的任何HDU都將從現(xiàn)場(chǎng)拆除。

總結(jié)

本文介紹的電能預(yù)付費(fèi)系統(tǒng)允許用戶(hù)選擇何時(shí)支付、如何支付以及購(gòu)買(mǎi)多少電。預(yù)付費(fèi)使用戶(hù)能夠更好地控制其賬單及用電，用戶(hù)必然對(duì)其各個(gè)時(shí)間段的用電量具有更清晰的認(rèn)識(shí)。

有一點(diǎn)可以肯定——具有雙向通信能力的高級(jí)表計(jì)基礎(chǔ)架構(gòu)（AMI）、遠(yuǎn)程斷電開(kāi)關(guān)、帶有DeepCover安全MAX66242 NFC標(biāo)簽認(rèn)證器HDU能夠提供有效的預(yù)付費(fèi)系統(tǒng)。在英國(guó)、澳大利亞和新西蘭等目前已經(jīng)存在電能預(yù)付費(fèi)系統(tǒng)的地區(qū)，用戶(hù)了解特定電氣所需的成本，能夠?qū)⑵渑c每天的具體用電量聯(lián)系起來(lái)。這就促進(jìn)了節(jié)能措施的普及，包括關(guān)閉電器、調(diào)低熱水器溫度、購(gòu)買(mǎi)綠色之星電氣、安裝節(jié)能燈等。

這種框架將有助于供電公司簡(jiǎn)化業(yè)務(wù)運(yùn)營(yíng)工作、削減成本、降低壞賬風(fēng)險(xiǎn)、提高現(xiàn)金流、提供及時(shí)的客戶(hù)服務(wù)，并鼓勵(lì)節(jié)能。簡(jiǎn)而言之，這是一種能夠?yàn)楣╇姽尽⒂脩?hù)以及全球資源創(chuàng)建多贏(yíng)的預(yù)付費(fèi)系統(tǒng)。

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