MCGS用户程序云端授权系统设计

MCGS用户程序云端授权系统设计

基于HTTP请求通过外接串口服务器实现MCGS组态屏（TPC7062Ti）云端授权系统搭建，重点讲解如何实现系统对时（基于UDP协议的NTP对时协议）、加密算法的选择、加密算法的设计与实现。

算法实现

MCGS组态屏授权管理可以通过“开发平台”内置的“用户权限管理”，这种方式基本属于一次配置授权永久有效，而现在介绍的这种授权方式可以利用云平台修改设备授权状态，实现更加可控的设备管理。

通过MCGS实现云端授权有几个难点，如何将MCGS组态屏接入互联网，如何连接管理服务器，如何进行数据加密与解密，如何获取当前时间戳（非MCGS时间戳）等困难。

1.接入互联网

“接入互联网”可以使用市场上常见的串口转4G串口服务器、串口转WIFI串口服务器、串口转以太网串口服务器设备实现，其中串口转4G对于需要移动的应用场景有着不可替代性，但这种方式存在流量费用。一般来说MCGS组态屏应用于固定环境，此时可以采用串口转WIFI串口服务器或者串口转以太网串口服务器，WIFI相对于以太网稳定性较差且易受干扰，接下来小编就采用MCGS组态屏连接串口转以太网的NA111串口服务器实现设备上网。

2.连接管理服务器

“连接管理服务器”为了方便我就直接采用OneNET的HTTP服务器实现，应用场景并不复杂，只需要定义一个字符型变量，并且可以通过“GETPOST”请求或修改变量就行。

3.获取时间戳

“获取当前时间戳”可以通过串口服务器NA111连接NTP服务器通过NTP协议获取准确时间戳，这里我就通过中国国家授时中心(ntp.ntsc.ac.cn:123)的NTP服务器获取时间。

【注】网络时间协议，英文名称：Network Time Protocol（NTP）是用来使计算机时间同步化的一种协议。

数据加密

这几个难点中最难的是如何对数据进行加密，利用MCGS脚本开发进行数据的加密与解密是比较困难，若一个加密不能被该理解的设备所理解这样的加密是没有意义的，而MCGS并不支持使用加密库函数导致加密解密都需要从原理自行封装脚本，导致不能使用运算过于复杂的算法，常见的加密算法有对称加密和非对称加密和散列算法，接下来分析哪个算法适合MCGS脚本加密，先从安全级别较高的非对称加密分析。

1.非对称加密

非对称加密算法，又称为公开密钥加密算法。它需要两个密钥，一个称为公开密钥(public key)，即公钥，另一个称为私有密钥 (private key)，即私钥，常见的非对称加密算法有RSA、ECC等，他们都有运算复杂且非常消耗MCU的算力，并不适用于组态屏的加密。

共享密钥加密算法。在对称加密算法中，使用的密钥只有一个，发送和接收双方都使用这个密钥对数据进行加密和解密。这就要求加密和解密方事先都必须知道加密的密钥。

2.散列算法

散列算法，常见的有MD5、CRC16、SHA1等，严格来说他们不能算作加密算法而是摘要算法，他们加密的结果是不可逆的，常被用于文件完整性以及数字签名等场景。

3.对称加密

现在就只剩下了对称加密，AES、DES、3DES等都属于对称加密，对称加密结果是可逆的，算法可以简单可以复杂，对于笔者来说，使用组态屏的脚本程序实现AES、DES、3DES仍有些困难，并且写这样脚本有点违背使用MCGS的初衷（开发简单），MCGS的加密脚本就只能使用对称加密的思想来实现。

上述这么多的算法留着给那些有兴趣，并且熟悉MCGS脚本开发的人自行探索，笔者这里就是用密码本加密，为了方便前端开发，就使用Base64编码表再结合Base64格式化文本实现数据加密，若认为这样的算法不可靠，可以对明文进行“加”“减”进一步加密，不建议使用“乘”“除”“与”“或”“非”“异或”这些可能导致数据不可逆的算法，这里就不再额外加密明文。

使用Base64就需要了解Base64，Base64算法很简单只需要把3个8位字节（3*8=24）转化为4个6位的字节（4*6=24），之后在6位的前面补两个0，形成8位一个字节的形式。如果剩下的字符不足3个字节，则用0填充，输出字符使用'='，因此编码后输出的文本末尾可能会出现1或2个'='，使用MCGS脚本实现这一操作也不算简单但可以实现，先将Base64编码表使用字符串变量一一存储，比如将base64_list的初值赋予“ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZabcdefghijklmnopqrstuvwxyz0123456789+/”，也可以自定义密码本（每个字符都必须唯一对应）对应的加密时也需要使用对于密码本加密，上述字符串顺序不可乱，乱了就是不再是Base64编码表。

MCGS加密过程讲解

通过!InStr(1,base64_list,”M”)查找加密字符的码值，解出的码值使用!I2Bin(s)转换为二进制字符（不足6字节前面填零），再通过字符串拼接合成原始二进制字符串，将“=”忽略不转换（因为Base64把三个字节分成四个字节，不足3个字节，则用0填充，输出字符使用'='），使用!Mid(str,1,8)和!Bin2I(s)转换为ASCII码值，在使用!I2Ascii(s)转换为ASCII字符，拼接这些字符串就可以得到明文。

解决了怎么加密，现在需要考虑对什么数据进行加密，这取决于我们要实现怎样的授权系统，比如，实现云端修改账户模式，这样就需要预先定义模式对应码值表（9573-长期授权，6685-授权1天等等），为了保证码值的安全甚至可使用当前时间对码值进行保护，实现动态密钥。或者利用云端设置有效时间，也就是需要对结束时间的时间戳进行加密。

本文仅探讨算法和实现方法，有时间再讲解算法的实现。

审核编辑：汤梓红