Trong quá trình thiết kế, làm thế nào để đồng hồ nước trả trước có thể thực hiện hiệu quả các cơ chế bảo mật như bảo vệ chống lại các cuộc tấn công từ tính, kết nối ngược và giả mạo

Kỹ thuật chính xác để bảo vệ chống tấn công từ tính

Khả năng chống tấn công từ tính là tối quan trọng để đảm bảo tính chính xác và toàn vẹn của việc đo nước. Các cuộc tấn công từ tính liên quan đến việc sử dụng nam châm mạnh bên ngoài để can thiệp vào bộ truyền động ghép từ của máy đo hoặc cảm biến Hall, khiến phép đo bị dừng hoặc trở nên không chính xác. PPM nâng cao sử dụng cách tiếp cận nhiều lớp để chống lại các mối đe dọa này một cách hiệu quả:

1. Công nghệ che chắn và cách ly từ tính

• Vỏ bảo vệ bằng kim loại: Các vật liệu có độ thấm cao như Permalloy hoặc hợp kim từ tính mềm được sử dụng để tạo vỏ bảo vệ xung quanh các bộ phận cảm biến nhạy cảm và các thành phần từ tính. Tấm chắn này hấp thụ và chuyển hướng hiệu quả từ trường bên ngoài, ngăn chúng xâm nhập và ảnh hưởng đến các cảm biến bên trong.

• Cấu trúc truyền động không từ tính: Áp dụng các phương pháp truyền dẫn ghép nối không từ tính, chẳng hạn như công nghệ đọc trực tiếp bằng tia hồng ngoại hoặc laser, về cơ bản loại bỏ đường dẫn nhiễu từ bên ngoài. Điều này tách biệt chuyển động cơ học của đồng hồ đo với việc thu tín hiệu của các phần tử đo sáng.

2. Giám sát và cảnh báo cường độ từ trường

• Mảng cảm biến Hall kép: Nhiều cảm biến Hall hoặc cảm biến từ điện trở được lắp đặt tại các vị trí quan trọng, chẳng hạn như gần cảm biến lưu lượng. Trong khi một bộ được sử dụng để đo lưu lượng bình thường, thì một bộ khác được dành riêng để theo dõi cường độ từ trường xung quanh.

• So sánh và chốt ngưỡng: Khi cảm biến giám sát phát hiện cường độ từ trường vượt quá ngưỡng an toàn định trước (thường là hàng nghìn Gauss), bộ vi điều khiển (MCU) của máy đo sẽ ngay lập tức kích hoạt sự kiện cảnh báo chống nam châm. Hệ thống thực hiện các hành động sau:

  • Đóng ngay lập tức van điều khiển bên trong, làm gián đoạn việc cấp nước.

  • Nhật ký sự kiện chống nam châm chi tiết (bao gồm thời gian xảy ra, thời gian và cường độ từ trường cực đại) được ghi lại trong bộ nhớ của máy đo.

  • Đồng hồ vẫn ở trạng thái khóa ngay cả sau khi loại bỏ nhiễu từ, yêu cầu một phím hoặc lệnh cụ thể được đưa ra từ Hệ thống Head-End (HES) để khôi phục nguồn điện.

Đo lường và bảo vệ dòng chảy ngược

Đồng hồ được lắp ngược hoặc cố tình đảo ngược dòng nước có thể dẫn đến sai số đo hoặc đảo ngược dữ liệu. Các thiết kế PPM chuyên nghiệp phải kết hợp các cơ chế chống dòng chảy ngược đáng tin cậy:

1. Van kiểm tra cơ khí tích hợp

• Van một chiều một chiều được tích hợp trong đầu vào hoặc đầu ra của đồng hồ. Cấu trúc cơ học thuần túy này đảm bảo nước chỉ có thể chảy theo hướng đã định. Nếu nước cố gắng chảy ngược lại, van kiểm tra sẽ đóng lại ngay lập tức, ngăn cản dòng chảy ngược qua buồng đo.

2. Cảm biến lưu lượng hai chiều

• Sử dụng các công nghệ đo lường tiên tiến như máy đo lưu lượng siêu âm , vốn có khả năng cảm biến hai chiều. Những cảm biến này có thể xác định chính xác hướng dòng nước.

• Nếu hệ thống phát hiện hướng dòng chảy trái với cấu hình thông thường:

  • Đồng hồ có thể được cấu hình để tiếp tục đo (đảm bảo vẫn tính đến việc sử dụng ngược lại).

  • Một chính sách chặt chẽ hơn là kích hoạt ngay cảnh báo dòng chảy ngược và đóng van điều khiển, ngăn chặn việc tiêu thụ nước trái phép.

  • Thời gian và khoảng thời gian của sự kiện dòng chảy ngược được ghi lại trong nhật ký sự kiện.

3. Xác minh dữ liệu và logic phần mềm

• Bộ vi điều khiển liên tục theo dõi dữ liệu tốc độ dòng chảy. Ngay cả khi phần tử đo bị đảo ngược về mặt vật lý, logic phần mềm có thể phân tích pha hoặc trình tự của tín hiệu cảm biến để xác định hướng dòng chảy thực. Bất kỳ tín hiệu nào không nhất quán với hướng luồng được xác định trước sẽ được gắn cờ là tín hiệu bất thường, kích hoạt khóa bảo mật.

Cơ chế chống giả mạo và xâm nhập vật lý

Cơ chế chống giả mạo được thiết kế để ngăn chặn người dùng mở trái phép vỏ đồng hồ, sửa đổi mạch bên trong hoặc giả mạo các bộ phận đo lường, từ đó đảm bảo tính toàn vẹn của thiết bị.

1. Niêm phong vỏ và vít an ninh

• Miếng dán dùng một lần hoặc miếng dán vô hiệu: Tất cả các điểm kết nối, lỗ vít và nắp ngăn chứa pin trên vỏ đồng hồ đều được bịt kín bằng miếng bịt dùng một lần, miếng bịt chì chống giả mạo hoặc miếng dán rỗng có độ bám dính cao. Bất kỳ nỗ lực tháo gỡ vật lý nào đều dẫn đến việc con dấu bị vỡ, để lại bằng chứng rõ ràng.

• Vít bảo mật chuyên dụng: Sử dụng các loại vít được thiết kế đặc biệt, chẳng hạn như loại vít chốt hoặc loại siết chặt một chiều. Những ốc vít này yêu cầu các công cụ chuyên dụng để tháo, làm tăng đáng kể độ khó của việc tháo gỡ trái phép.

2. Phát hiện mở nắp

• Công tắc cảm quang hoặc công tắc vi mô: Công tắc vi mô hoặc điện trở quang được đặt một cách chiến lược bên trong bề mặt khớp nối giữa nắp trên và vỏ dưới của đồng hồ.

• Khi nắp trên được nâng lên hoặc tháo ra, trạng thái công tắc vi mô sẽ thay đổi hoặc cường độ ánh sáng thay đổi, khiến bộ vi điều khiển nhận biết ngay sự kiện xâm nhập nắp mở.

  • Hệ thống ngay lập tức ghi lại sự kiện mở nắp và khóa đồng hồ.

  • Van được đóng cho đến khi kỹ thuật viên thực hiện kiểm tra tại chỗ và xóa cảnh báo bằng công cụ hoặc chìa khóa chuyên dụng.

3. Ngăn chứa pin độc lập và bảo vệ được mã hóa

• Buồng pin cách ly: Ngăn chứa pin được thiết kế như một vách ngăn độc lập, cách ly với mạch đo lường và điều khiển chính. Điều này ngăn cản việc truy cập vào bảng mạch lõi ngay cả khi thay pin.

• Bảo vệ dữ liệu khi mất điện: Việc sử dụng các công nghệ lưu trữ không ổn định như bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên sắt điện (FRAM) hoặc EEPROM đảm bảo rằng tất cả dữ liệu quan trọng (chẳng hạn như số dư, mức sử dụng tích lũy và nhật ký sự kiện) được lưu giữ vĩnh viễn trong bất kỳ nỗ lực mất điện hoặc phá hủy vật lý nào, ngăn chặn việc xóa dữ liệu.

Quản lý bảo mật tích hợp và kiểm tra dữ liệu

Tất cả các cơ chế bảo mật vật lý được nêu chi tiết ở trên đều được liên kết phức tạp với Hệ thống ghi nhật ký sự kiện nội bộ của đồng hồ đo. Bất kỳ hoạt động bất thường nào (tấn công từ tính, dòng chảy ngược, mở nắp, pin yếu, v.v.) đều được ghi lại chính xác, chờ truyền đến Hệ thống đầu cuối (HES) của tiện ích trong chu kỳ liên lạc tiếp theo. Khả năng kiểm tra dữ liệu toàn diện này là một thành phần quan trọng của chiến lược bảo mật PPM, cung cấp bằng chứng không thể chối cãi cho các chẩn đoán tiếp theo và truy đòi pháp lý.