設計プロセスにおいて、磁気攻撃、逆接続、改ざんに対する保護などのセキュリティ メカニズムをプリペイド水道メーターに効果的に実装するにはどうすればよいか

磁気攻撃に対する保護のための精密エンジニアリング

反磁気攻撃能力は、水道計量の精度と完全性を確保するために最も重要です。磁気攻撃には、外部の強力な磁石を使用してメーターの磁気カップリング ドライブまたはホール センサーを妨害し、測定が停止したり不正確になったりすることが含まれます。高度な PPM は、これらの脅威に効果的に対抗するために多層アプローチを採用しています。

1. 磁気シールドと絶縁技術

• 金属製シールド エンクロージャ: パーマロイや軟磁性合金などの高透磁率材料を使用して、高感度の感知素子や磁気コンポーネントの周囲にシールド エンクロージャを作成します。このシールドは、外部磁場を効率的に吸収して方向転換し、外部磁場が侵入して内部センサーに影響を与えるのを防ぎます。

• 非磁性ドライブ構造：赤外線やレーザー直読技術などの非磁性​​結合伝送方式を採用し、外部磁気干渉の経路を根本的に排除します。これにより、メーターの機械的な動作が計測要素の信号取得から分離されます。

2. 磁界強度の監視と警告

• デュアル ホール センサー アレイ: 複数のホール センサーまたは磁気抵抗センサーが、流量センサーの近くなどの重要な場所に取り付けられます。 1 つのセットは通常の流量測定に使用され、もう 1 つのセットは周囲磁場強度の監視専用です。

• しきい値の比較とラッチ: 監視センサーが、所定の安全しきい値 (通常は数千ガウス) を超える磁界強度を検出すると、メーターのマイクロコントローラー (MCU) が直ちに抗磁石アラーム イベントをトリガーします。システムは次のアクションを実行します。

  • 内部制御バルブが直ちに閉じられ、給水が遮断されます。

  • 詳細な反磁石イベント ログ (発生時間、継続時間、ピーク磁場強度を含む) がメーターのメモリに記録されます。

  • 磁気干渉が除去された後もメーターはロック状態のままであり、供給を回復するにはヘッドエンド システム (HES) から発行される特定のキーまたはコマンドが必要です。

逆流防止の測定と保護

メーターを逆向きに取り付けたり、水の流れを意図的に逆にすると、計量エラーやデータの逆転が発生する可能性があります。プロフェッショナルな PPM 設計には、信頼性の高い逆流防止メカニズムを組み込む必要があります。

1. 統合された機械式チェックバルブ

• 逆止逆止弁がメーターの入口または出口に組み込まれています。この純粋に機械的な構造により、水は意図した方向にのみ流れることができます。水が逆流しようとすると、逆止弁が即座に閉じ、計量チャンバー内の逆流を物理的に防ぎます。

2. 双方向流量センサー

• などの高度な計量技術を活用 超音波流量計 、本質的に双方向の感知能力を備えています。これらのセンサーは水の流れの方向を正確に識別できます。

• フローの方向が通常の構成に反していることをシステムが検出した場合:

  • メーターは、計測を継続するように設定できます (逆使用も確実に考慮されます)。

  • より厳格なポリシーは、ただちに逆流警報を作動させ、制御バルブを閉じて、不正な水の消費を防ぐことです。

  • 逆流イベントの時間と継続時間はイベント ログに記録されます。

3. ソフトウェアロジックとデータ検証

• マイクロコントローラーは流量データを継続的に監視します。測定要素が物理的に逆になっている場合でも、ソフトウェア ロジックはセンサー信号の位相またはシーケンスを分析して、実際の流れの方向を決定できます。事前定義されたフロー方向と一致しない信号は異常としてフラグが立てられ、セキュリティ ロックがトリガーされます。

耐タンパーおよび物理的侵入メカニズム

不正改ざん防止機構は、ユーザーがメーターのケーシングを違法に開けたり、内部回路を変更したり、計測コンポーネントを改ざんしたりすることを防止し、デバイスの完全性を保証するように設計されています。

1. ケーシングのシールと安全ネジ

• ワンタイムシールまたはボイドステッカー: メーターケースのすべての接続ポイント、ネジ穴、およびバッテリーコンパートメントカバーは、ワンタイムシール、改ざん防止鉛シール、または高粘着ボイドステッカーでシールされています。物理的に分解しようとすると封印が破られ、明確な証拠が残ります。

• 専用安全ネジ：ピンイントルクスタイプや一方向締めタイプなど、専用設計のネジを採用。これらのネジの取り外しには特殊な工具が必要なため、無許可での分解の難易度が大幅に高まります。

2. カバー開閉検知

• 感光性スイッチまたはマイクロスイッチ: マイクロスイッチまたはフォトレジスターは、メーターのトップカバーとボトムケースの間の接合面の内側に戦略的に配置されています。

• 上部カバーが持ち上げられるか取り外されると、マイクロスイッチの状態が変化するか光の強度が変化し、マイクロコントローラーがカバーを開けた侵入イベントを即座に認識します。

  • システムはカバーを開けたイベントをただちに記録し、メーターをロックします。

  • 技術者が現場検査を行い、専用のツールまたはキーを使用してアラームを解除するまで、バルブは閉じられています。

3. 独立したバッテリーコンパートメントと暗号化された保護

• 隔離されたバッテリーチャンバー: バッテリーコンパートメントは、メインの計測および制御回路から隔離された独立したパーティションとして設計されています。これにより、バッテリーを交換する場合でも、コア回路基板へのアクセスが防止されます。

• 停電時のデータ保護: 強誘電体ランダム アクセス メモリ (FRAM) または EEPROM の不揮発性ストレージ テクノロジを利用することで、停電や物理的な破壊が試みられても、すべての重要なデータ (残高、累積使用量、イベント ログなど) が永久に保持され、データの消去が防止されます。

統合されたセキュリティ管理とデータ監査

上記で詳しく説明した物理的なセキュリティ メカニズムはすべて、メーターの内部イベント ログ システムと複雑にリンクされています。異常な動作 (磁気攻撃、逆流、カバーの開放、バッテリー低下など) は正確に記録され、次の通信サイクル中に電力会社のヘッドエンド システム (HES) への送信を待ちます。この包括的なデータ監査機能は、PPM セキュリティ戦略の重要な要素であり、その後の診断や法的手段に反論の余地のない証拠を提供します。