[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

本發明公開了一種面向智能電網的多維多子集抗差分攻擊的數據聚合方法。本發明利用兩個超遞增序列以及Paillier加密算法實現了多維多子集數據聚合，控制中心在獲取每個子集的用戶數量的同時，還可以獲取每個子集中每個維度的用電數據之和。本發明利用霍納規則為每個用戶構造一個多項式，使智能電表端的加密開銷與維數無關，降低了計算開銷。本發明通過差分隱私技術來抵抗差分攻擊，實現了對多維數據聚合更強的隱私保護。本發明具有較好的可擴展性且計算開銷比較小，適用于大型智能電網中。

技術領域

本發明屬于信息安全技術及智能電網技術領域，是一種可以抵抗差分攻擊的對多維數據進行子集劃分的隱私保護數據聚合的方法。

背景技術

智能電網已成為解決21世紀全球能源問題的新戰略，它將傳統電網與現代信息技術相結合，使整個電網系統更加兼容，可控，自愈。然而，雖然智能電網正在蓬勃發展，但在數據聚合和隱私安全方面仍然面臨一些挑戰。傳統的多維數據聚合方案不支持多子集聚合，無法抵抗差分攻擊并且計算開銷較大。

因此，發明一種有效的、保護隱私的多維多子集數據聚合方法實現精確的子集聚合、抵抗差分攻擊并且具有較低的計算開銷是十分重要的。

發明內容

本發明針對現有技術的不足，提出了一種面向智能電網的多維多子集并抵抗差分攻擊的數據聚合方法。

本發明包括以下步驟：

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，并將霍納參數嵌入到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。