[發(fā)明專利]一種基于雙線性映射可擴(kuò)展分組多數(shù)據(jù)保護(hù)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010918309.4
• 申請(qǐng)日: 2020-09-03
• 公開（公告）號(hào): CN112073406B
• 公開（公告）日: 2023-01-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳渝文;于海陽(yáng);楊震
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): H04L9/40
• 分類號(hào): H04L9/40;H04L9/08
• 代理公司: 北京思海天達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11203
• 代理人: 吳蔭芳

本發(fā)明涉及一種基于雙線性映射的可擴(kuò)展分組多數(shù)據(jù)保護(hù)方法，用于解決竊聽攻擊和共謀攻擊，保護(hù)用戶用電隱私問題。首先將智能電表分成不同的組；聚合器以組為單位，利用組內(nèi)其他電表為各個(gè)電表生成加密自己數(shù)據(jù)的一個(gè)密鑰；同時(shí)為公共事業(yè)服務(wù)提供商生成一個(gè)解密密鑰；多數(shù)據(jù)聚合，用于公共事業(yè)服務(wù)商接收并解密所有電表的用電量之和，包括：聚合每個(gè)電表的多組數(shù)據(jù)并加密，然后發(fā)送至聚合器；聚合器驗(yàn)證所有電表加密數(shù)據(jù)的合法性，并將接收的所有電表的合法加密數(shù)據(jù)之和發(fā)送至公共事業(yè)服務(wù)商；公共事業(yè)服務(wù)商再次驗(yàn)證數(shù)據(jù)合法性，并利用解密密鑰結(jié)算所有電表的數(shù)據(jù)總和。本發(fā)明有效的解決了隱私保護(hù)問題，還緩解了壞電表問題和擴(kuò)展性問題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)安全和隱私領(lǐng)域，具體設(shè)計(jì)智能電網(wǎng)的數(shù)據(jù)隱私保護(hù)方法。

背景技術(shù)

在智能電網(wǎng)中，智能電表被大量部署，使得電表和公共事業(yè)服務(wù)商之間的雙向通信成為可能，雙向通信也使得公共事業(yè)服務(wù)商能夠向電表發(fā)送指令。電表可以向公共事業(yè)服務(wù)商匯報(bào)自己的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，用電量、用水量、用氣量等等。公共事業(yè)服務(wù)商可以動(dòng)態(tài)的調(diào)節(jié)自己的供應(yīng)量。同時(shí)，外部攻擊者也能獲取這些實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。根據(jù)Barbosa(2015)等人的研究，“細(xì)粒度的電力使用數(shù)據(jù)”自然而然的包含著哪個(gè)電器在哪個(gè)功率工作的信息。

通過分析相關(guān)設(shè)備的數(shù)據(jù)變化曲線，攻擊者能夠獲取用戶的行為，例如，用氣量突然增長(zhǎng)的時(shí)候，用戶很可能在烹飪。此外，對(duì)于一個(gè)工廠來說，攻擊者能夠根據(jù)Hurt等人發(fā)明的NALM技術(shù)來獲取某個(gè)特殊設(shè)備是否在工作。總的來說，保護(hù)用電隱私是有必要的。

人們提出了數(shù)據(jù)聚合來保護(hù)用戶隱私，它能夠阻止攻擊者，包括外部攻擊者和內(nèi)部攻擊者，獲取用戶的數(shù)據(jù)。同時(shí)，數(shù)據(jù)聚合使得公共事業(yè)服務(wù)商能夠獲取總的實(shí)時(shí)用電量，進(jìn)而動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)供給。

首先，同態(tài)加密被自然而然的引入來保護(hù)用戶隱私，電表用公鑰加密自己的數(shù)據(jù)然后將密文發(fā)送給聚合器，聚合器對(duì)密文求和發(fā)送給公共事業(yè)服務(wù)商，公共事業(yè)服務(wù)商能夠解密密文進(jìn)而獲取總的用電數(shù)據(jù)。然而，如果公共事業(yè)服務(wù)商獲取了某個(gè)用戶的密文，他仍然能夠解密而獲取用戶數(shù)據(jù)。為了解決這個(gè)問題，在一些方案中，引入了可信的第三方服務(wù)器來為電表生成密鑰來加密自己的數(shù)據(jù)。這樣，即使公共事業(yè)服務(wù)商獲取了用戶的密文，也沒有辦法解密進(jìn)而獲取用戶數(shù)據(jù)。此外，我們發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有的方案也遭受“雙線性攻擊”和“零攻擊”。“雙線性攻擊”是當(dāng)加密方案為橢圓曲線加密方案時(shí)，如果計(jì)算密文的雙線性映射結(jié)果，仍然能夠獲取用戶的數(shù)據(jù)。“零攻擊”是指利用電表數(shù)據(jù)是零的特殊情況來解密用戶的數(shù)據(jù)。本文方案解決了前兩種方案不能克服的問題，同時(shí)也避免了“雙線性攻擊”和“零攻擊”。

發(fā)明內(nèi)容

為了現(xiàn)有技術(shù)的不足，解決竊聽攻擊和共謀攻擊，在本方案中，電表被分成不同的小組。每組電表建立密鑰來加密數(shù)據(jù)。本文方案是一個(gè)可擴(kuò)展性的多數(shù)據(jù)分組聚合。

以下部分介紹本方案的適用結(jié)構(gòu)以及本方案的隱私對(duì)抗模型。

A.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)中主要有三類實(shí)體：公共事業(yè)服務(wù)商聚合器A_j，和智能電表，如圖1所示。智能電表匯報(bào)自己的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)m_i給聚合器A_j，A_j得到所有數(shù)據(jù)的和∑m_i，然后將∑m_i發(fā)送給公共事業(yè)服務(wù)商就可以根據(jù)總的用電量∑m_i來調(diào)整自己的供給量。

為了在這個(gè)過程中保護(hù)電表的數(shù)據(jù)。智能電表被分成了不同的組，同一個(gè)組的電表一起建立密鑰來加密他們的數(shù)據(jù)。即使是公共事業(yè)服務(wù)商也沒有辦法獲取電表的數(shù)據(jù)。