基于ESAM安全模块的电动汽车电池管理系统

　　同时，由于RF收发器可以实现多个标签同时处理，因此，也可在电池管理仓库门口设置固定的无线通信读头，便于仓储的出入库管理。

3 手持机/固定读头

　　手持机/固定读头为对电池模块进行信息读写的设备，区别为手持机为移动读写设备，主要用于在野外的紧急换电或仓储内的盘库清点等场合，可携带性高，包含显示屏、键盘及人机交互系统等外围辅助，便于操作人员应用。而固定读头主要用于仓库出入库等固定地点，利用RF收发器可实现多个标签同时读取、后台处理的特性，快捷地进行出入库管理。

　　在手持机上具备可选的GPRS模块，用于手持机采集信息后可通过GPRS与后台主站及时进行数据更新。对于关键数据，在通过GPRS公网进行传输时进行加密，以免在公网传输过程中被他人截获或进行篡改[3]。

　　在手持机或固定读头设备终端内均需配置PSAM卡，PSAM卡即销售点终端安全存取模块（Purchase Secure Access Module），用于商户POS、网点终端、直联终端等末端设备上，负责机具的安全控管[4]。该PSAM卡与电池模块中的ESAM对应配套发行，用于在数据交换中的加解密操作。

4 后台管理系统

　　由于电动汽车电池在运行使用时，可能在多用户、多地域间进行流通，后台管理系统主要用于全部信息的存储及管理。可通过手持机或固定读头从电池安全模块中读出信息，并最终汇总在后台管理系统中，便手机电感器于统一的资产控制及信息管理。

　　在后台系统对应安装加密机，以应对对上传数据的加解密处理。

5 ESAM的安全实现机制

　　根据数据安全要求不同，电池模块与外界的数据交换可以采用以下4种模式：明文、密文、明文加校验或密文加校验模式。对数据的加密可以保证数据的可靠性，而数据完整性和对发送方的认证通过使用校验码来实现。加密模式就是将要传送的报文数据加密变换后再传输；校验模式就是对要传送的报文数据使用一个算法进行加密得到一个4 B的校验码MAC，打包到要传送的数据中一起传输，接收方收到数据后根据MAC对数据进行判别；而加密校验模式兼取二者之长[5]。

　　5.1 身份认证

　　在电池模块ESAM中取随机数并进行加密计算产生认证数据，上传至及手持终端，再由手持终端中的PSAM卡进行内部认证密文计算，核对两方产生内部认证密文是否一致，以实现终端设备对电池模块合法性的认证，流程如图2所示。

　　随机数由ESAM中内置的真随机数发生器产生，真随机数发生器利用内部的电磁白噪声产生随机数，消除了伪随机数因周期性而被预测的可能，从而保证了加密过程的安全性[6]。

　　5.2 数据交互流程

　　当身份认证通过后，才可进入下一步的数据交互流程，即电池模块与外界的手持机或充电桩进行通信和数据交互。

　　对于存储在电池模块中的数据，以数据文件的重要程度分别进行分类，按不同的安全级别进行读写等操作的权限设置。安全性要求越高，加密等级越高，通信时的加密方式级别也对应较高；安全性要求较低，加密等级也可相应降低，即对应加密方式可降低或为透明不加密，用以提高通信速度及减低冗余计算。因此，根据对安全等级的不同需求，通信方式采用明文、密文、明文+校验、密文+校验4种方式。

　　在电池模块的ESAM中，密钥文件加密等级最高，由于在电池管理系统中使用的ESAM安全芯片为硬加密方式，因此所有密钥文件均不可更改，但可自由使用，安全等级最高，用于对传输数据的加解密。

　　其余数据，如应用信息文件，则根据安全等级分为透明文件及不透明文件。如充电文件、资产信息等由于涉及到资产归属以及充电次数及金额等重要信息，因此对安全性需求较高，此部分文件属于不透明文件，在进行交互通信时，使用密文+校验方式，以保证在空间传输过程中时无法被第三方进行破译察看及修改；部分电池运行信息文件则无需进行mac校验，使用密文方式进行通信；如电池地址查询、广播校时等查询操作，由于不涉及用户或所有者隐私信息，则可无需经由ESAM加解密，在主站与电池模块间直接使用明文进行通信，以节省通信时间。

　　5.3 安全管理系统

　　由于安全模块的加解密功能，因此，电动汽车电池在流通过程中，将和后台主站间通过配套的密钥系统连接起来，从而实现对电动汽车电池的资产控制。

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