卡式電表作為一種技術比較*、用戶及供電部門操作比校簡便、有利于在無集抄網絡條件下無需抄表即可收費和預收費的電表，得到了供電部門的青睞；二十世紀末二十一世紀初，三京（津，即北京、天津、南京）地區大面積的安裝和使用，全國各地也有大面積應用的趨勢；但由于當時一些地區卡式電表出現抗攻擊問題、數據交換安全問題、某些地區供電部門強行安裝卡式電表問題，加上國電公司某些部門的堅決反對，除北京地區外，全國各地卡式電表紛紛下馬或停止安裝；近年來，除北京地區繼續大面積使用卡式表外，安徽、新疆、重慶、湖北、云南等地也開始準備大規模使用卡式電表。本文將研討卡式電表一些主要技術的現狀及發展方向，供各電表公司在卡式電表設計和生產中參考。

    一、卡式電表的應用模式

    預付費

    到目前為止，卡式電表均用于預付費模式，但這種模式遭到反對的zui主要理由是：與《電力法》沖突，即指《電力法》第33條*款規定：“供電企業應當按照國家核準的電價和用電計量裝置的記錄，向用戶計收電費。” 這里雖然沒有直接規定“先用電、后交錢”，但是規定供電企業收費的依據一是國家核準的電價，二是用電計量裝置的記錄。顯然，只有在用戶先用電的情況下，用電計量裝置才可能有記錄。因此，“先用電、后交錢”可以說是間接法定的計收電費的方法。

    在預付費模式中，有些地區準備模仿卡使用金額預付費模式，我們認為也有較大問題：原因是《電力法》第31條規定：“用戶應當安裝用電計量裝置。用戶使用的電力電量，以計量檢定機構依法認可的用電計量裝置的記錄為準”；而計量檢定機構依法認可的用電計量裝置應為電度計量而不是直接收費，因而金額預付費也是違反《電力法》的。

    可見，現行卡式電表使用預付費模式雖受供電部門歡迎，用戶反對也不大（絕大多數用戶可以接受且為用戶帶來了方便），主要問題是法律障礙。目前各地使用的預付費方式主要有如下幾種：

    a.單費率電度預付費（單費率計量，全部時間內均減單一電度）。

    b.單費率金額預付費（單費率計量，全部時間內均每消耗一單位電量則減單一固定金額）。

    c.復費率金額預付費（復費率計量，不同時段內按時段每消耗一單位電量則減不同單價金額）。

    d.復費率等效電度預付費（復費率計量，不同時段內按時段每消耗一單位電量則減不同等效電度值）。

    后付費

    由于預付費違反了《電力法》，各地開始在開發“后付費”模式的卡表，主要有如下幾種：

    a.電力部門預給固定電度、單費率抄表決算預付費（單費率計量，任一時段內均減單一電度，抄表決算補回電度）。

    b.電力部門預給固定電度、復費率抄表決算預付費（復費率計量，尖峰平谷任一時段內均減單一電度，抄表決算補回電度。

    c.電力部門預給固定等效電度、復費率抄表決算預付費（復費率計量，尖峰平谷時段內按尖峰平谷減值減等效電度，抄表決算補回等效電度）。

    d.電力部門預給固定金額、單費率抄表決算預付費（單費率計量，任一時段內按單價值減金額，抄表決算補回金額）。

    e.電力部門預給固定金額、復費率抄表決算預付費（復費率計量，尖峰平谷時段內按尖峰平谷單價值減金額，抄表決算補回金額）。

    抄表決算

    其實，我們認為卡表不一定用于“預付費”或“后付費”，也可用于抄表決算模式，抄表決算模式主要有如下兩種：

    a. 單費率抄表決算（單費率計量，電表顯示表底數）

    b. 復費率抄表決算（復費率計量，電表顯示尖峰平谷時段、循顯尖峰平谷電量）

    此兩種模式電表到月決算日后提示“請插卡抄表”，插卡顯示上月己用尖峰平谷電量，插卡成功后顯示“請到銀行交款”，用戶銀行（供電營業部門）交款結算后再插卡電表，顯示消失，下一結算日仍未結算，電表停止供電。

    此種方式可大面積解決抄表問題，能防止用戶欠費，又不改變*現有工作流程，應該是卡表的較好應用模式。

    二、卡交易安全及卡相關問題

    卡交易安全

    電表使用的卡，zui早為存貯卡（也稱電鑰匙），后為邏輯加密卡，但這兩種卡前一種無安全措施，后一種極易破澤（明文傳遞密鑰），這兩類卡除邏輯加密卡在屋業小區范圍內仍在使用外，己處于淘汰之中；在較大區域或較大城市使用的電表卡，目前均為CPU卡，CPU卡使用SAM對機制，使用內部認證、外部認證來實現相互認證，使用MAC來保證數據傳遞的不被修改，確供了交易的安全性。

    但是，隨著加密/解密技術的發展，我們以前認為安全的加密手段，現在變得不安全了。 1996年開始有公開發表的基于物理特征的密碼分析技術學術論文（ Cambridge大學的Anderson等人發表了基于不同電壓的密碼分析方法，美國人Butch發表了基于時間和基于差分電壓分析的密碼分析技術）。從1999年起發達國家的政府組織力量研究基于物理特征的密碼分析技術，美國NSA投入了九千萬美元從事該領域的研究。法國政府也投入了三千萬美元從事該領域的研究。世界上zui大的智能卡公司GEMPLUS在1999年投入了六百萬美元開展該攻擊上的防御技術。2000年，我國政府和相關研究機構也開始了基于物理特征的密碼分析技術的研究。

    目前，基于物理特征的密碼分析技術特別是DPA攻擊技術己經普及，它是一種對密碼實現系統的有效攻擊方法，與窮舉計算和差分密碼分析的原理不同，它使用少量的普通儀器和簡單的分析軟件可以在幾分鐘內破譯512位的RSA和192位的3DES。

    DES是迄今為止世界上zui廣泛使用和流行的一種分組密碼算法，于1977年7月15日生效作為美國聯邦加密標準，因為它已經被破譯，美國已決定1998年12月以后將不在使用DES。而我們目前使用的各種CPU卡，均是基于DES和3DES算法的，據我們掌握的情況，國內己有眾多的技術人員可以輕易地破譯各廠家CPU卡的所有密鑰。

    另外，根據我們掌握的情況，目前絕大多數電表公司使用的CPU卡交易流程，不符合中總行規定的銀行卡交易要求，使用這些卡交易流程的CPU卡電表，甚至不需破譯密鑰，也可實現任意增加電量。

    因此，各電表公司應立即放棄使用DES算法的CPU卡，改用國密委推薦的、使用SSF33算法（該算法不公開，且可抗DPA攻擊）的CPU卡；如果暫時還需要使用DES算法的CPU卡，建議使用由北京富根智能電表有限公司和北京融通高科公司起草的《新疆電力卡電表應用設計規范》（1.11版，其文擋編號為AMMETER-ARTESAM-05-03-01）所規定的電表-卡交易流程，該規范與老的CPU卡表規范兼容，但又堵住了主要的安全漏洞。

    卡交換信息的時間

    卡表的大規模使用的經驗證明：卡表故障率的60%以上為插卡故障。因此，為保證大幅度減少插卡故障，要求用戶卡工作過程分段進行，卡工作過程中完成一段，作段完成標記，各段未完成的，結果不生效，下次插入后均可從中斷處進行；對于寫入新增電量、寫入新密鑰組、寫入新時段費率表/新電價等操作建議以PBOC方式進行，數據成組傳入ESAM卡，事后由電表完成，以實現快速數據交換；返寫數據可分多段進行，次要返寫數據不全，應不影響銀行交易。另外，應嚴格禁止卡外（ESAM卡、用戶卡）的MCU進行加密運算及安全處理，以保證卡交易時間和交易安全。 

    實際運用證實：要求用戶卡插卡完成交易時間小于0.5秒，方可大幅度降低插卡故障率。

    接觸卡與非接觸卡

    目前使用的IC卡從信息傳遞模式來分有兩類：接觸卡與非接觸卡，非接觸卡也稱RF卡。非接觸卡一般有四種：存貯型RF卡，一般用作電子標簽；邏輯加密型RF卡；CPU型RF卡；雙界面型CPU卡。一般說來存貯型RF卡價格*，每張卡約1~2元；邏輯加密型RF卡每張卡約8~12元；CPU型RF卡每張卡約15~20元；雙界面型CPU卡每張卡約38~48元；若使用非接觸卡制作預付費電表，從安全要求來說，只能使用CPU型RF卡、雙界面型CPU卡兩種。

    接觸型CPU卡表卡部份由ESAM卡（一般帶芯片插座）、卡座（一般還要加上抗攻擊電路）、用戶卡組成，目前該部份器材成本為：26元（ESAM芯片加用戶卡）+ 2元（卡座）+ 4元（抗攻擊模塊）= 32元；非接觸型CPU卡表卡部份由ESAM卡（一般帶芯片插座）、RF讀寫器、雙或單介面用戶卡組成，現在構成一套非接觸CPU卡表的卡部份器材成本為：9~10元（ESAM芯片）+ 26~31元（RF讀寫器，國產芯片價）+3元（天線）+ 17元（單界面型CPU卡）= 55~60元，使用兩種不同的信息傳遞方式導致電表器材成本相差約23~28元。

    使用非接觸CPU卡，能大大提高電表的工作可靠性，減少供電部門工作人員的勞動量，提高卡信息通信的速率（卡通訊速率為107Kbps），是當前卡式電表的發展方向。