[發明專利]面向智能電網的多維多子集抗差分攻擊的數據聚合方法

在審

• 申請號: 202011588966.3
• 申請日: 2020-12-29
• 公開（公告）號: CN112637227A
• 公開（公告）日: 2021-04-09
• 發明（設計）人: 韓嵩;徐淑華;任思琪;金舒丹;徐璇璇;王璐瑤;陳雪聰;朱彥棟
• 申請（專利權）人: 浙江工商大學
• 主分類號: H04L29/06
• 分類號: H04L29/06;H04L9/00;H04L9/32;H04L12/24
• 代理公司: 杭州奧創知識產權代理有限公司 33272
• 代理人: 王佳健

1.面向智能電網的多維多子集抗差分攻擊的數據聚合方法，其特征在于：包括以下步驟：

系統初始化：

1）可信權威產生Paillier加密以及雙線性對聚合簽名所需的參數并通過安全信道將各類密鑰發送給各個實體；

2)控制中心將用戶的用電范圍分為s個子集并產生兩組超遞增序列作為聚合參數用于子集劃分；

智能電表端用戶報告的生成：

1)智能電表首先計算用戶的每一維用電數據之和，并將霍納參數用戶的每一維用電數據中，生成一個關于用戶用電數據的表達式；

如果用戶的每一維用電數據之和屬于某一個子集，就利用相應子集的聚合參數對帶有霍納參數的用電表達式進行加密；

2)智能電表利用自己的私鑰以及相應子集的聚合參數采取Paillier加密算法計算密文；

3)智能電表利用自己的私鑰產生簽名，然后將密文、簽名、時間戳打包發送給附近的霧節點；

霧節點端聚合報告的生成：

1)霧節點首先檢查時間戳，然后通過雙線性對聚合簽名批量驗證正常工作的智能電表的簽名；

2)霧節點從幾何分布中隨機選取噪聲；在成功驗證智能電表的簽名后，霧節點聚合所有正常工作的智能電表的密文并將選取的噪聲添加到每一維的聚合結果中獲得聚合密文；

3)霧節點利用自己的私鑰產生簽名然后將聚合密文、簽名、時間戳打包發送給云；

控制中心端報告的獲取和分析：

1)云首先檢查時間戳,然后通過雙線性對驗證霧節點的簽名；成功驗證霧節點的簽名后，云將霧節點發過來的報告存儲在云端；

2)控制中心使用自己的私鑰對聚合密文進行解密；

3)控制中心根據超遞增序列從解密的明文中恢復每個子集中的用戶數量；

4)控制中心根據超遞增序列得到帶有霍納參數的表達式；

5)控制中心通過霍納解析得到每個子集中的每一維用電量數據之和，以及每個子集內所有用戶的總用電量。

2.根據權利要求1所述的面向智能電網的多維多子集抗差分攻擊的數據聚合方法，其特征在于：系統初始化的步驟2）中，控制中心將用電范圍劃分為s個子集，然后產生兩組超遞增序列作為聚合參數；智能電表在加密階段利用該聚合參數對用電數據進行加密，使得控制中心在解密和分析階段能夠獲得每個子集內的用戶數量以及每個子集內每一維的用電數據之和。

3.根據權利要求1所述的面向智能電網的多維多子集抗差分攻擊的數據聚合方法，其特征在于：智能電表端用戶報告生成的步驟1）中，智能電表首先計算用戶的多維用電數據之和，進而確定他的用電量屬于哪一個子集，并用霍納參數將用戶的多維數據存儲在單個數據空間中，生成一個關于用戶用電數據的表達式，使智能電表端的加密開銷與維數無關。

4.根據權利要求1所述的面向智能電網的多維多子集抗差分攻擊的數據聚合方法，其特征在于：霧節點端聚合報告生成的步驟2）中，霧節點在聚合收到的所有密文之后，從幾何分布中隨機選取噪聲添加到每一維的聚合結果中，以實現差分隱私，抵抗差分攻擊。

5.根據權利要求1所述的面向智能電網的多維多子集抗差分攻擊的數據聚合方法，其特征在于：控制中心端報告的獲取和分析的步驟2)中，控制中心進行Paillier解密獲得帶有兩個超遞增序列以及霍納參數的明文。

6.根據權利要求1所述的面向智能電網的多維多子集抗差分攻擊的數據聚合方法，其特征在于：控制中心端報告的獲取和分析的步驟4)中，控制中心根據超遞增序列得到s個帶有霍納參數的用戶用電數據的細粒度表達式。

7.根據權利要求1所述的面向智能電網的多維多子集抗差分攻擊的數據聚合方法，其特征在于：控制中心端報告的獲取和分析的步驟5)中，控制中心通過霍納解析得到每個子集中每一維用電數據之和；每個維度的用電數據之和通過除法和模運算獲得。