[發明專利]一種智能電網中多維隱私數據聚合方法

有效

• 申請號: 202111244046.4
• 申請日: 2021-10-26
• 公開（公告）號: CN113691380B
• 公開（公告）日: 2022-01-18
• 發明（設計）人: 張曉均;唐偉;王鑫;王文琛;薛婧婷;劉慶
• 申請（專利權）人: 西南石油大學
• 主分類號: H04L9/32
• 分類號: H04L9/32;H04L9/08;H04L9/00;H02J13/00
• 代理公司: 成都厚為專利代理事務所(普通合伙) 51255
• 代理人: 王杰

1.一種智能電網中多維隱私數據聚合方法，應用于智能電網系統，所述智能電網包括電網控制中心、霧節點、智能電表和可信中心，所述電網控制中心與所述霧節點通信連接，所述霧節點與所述智能電表通信連接，所述電網控制中心、霧節點和智能電表均與所述可信中心通信連接，其特征在于，智能電網中多維隱私數據聚合方法包括以下步驟：

S1.可信中心設置安全密碼組件、各通信實體的簽名私鑰和門限秘密共享技術的秘密份額參數，所述安全密碼組件包括對稱同態加密算法、對稱同態加密算法的對稱密鑰、雙線性對映射、安全哈希函數和第一消息認證碼，所述通信實體包括電網控制中心、智能電表和霧節點；可信中心公布系統公開密碼參數，根據對稱密鑰、簽名私鑰和秘密份額參數生成各通信實體的秘密參數，并將秘密參數通過安全信道發送給各通信實體；

S2.智能電表將用戶的各個維度的數據進行二進制預處理，并采用同態對稱加密算法將二進制預處理后的數據進行加密得到密文數據，并利用簽名私鑰產生密文數據對應的數字簽名；智能電表在一個時間周期內將可驗證密文數據上傳到對應的霧節點，所述可驗證密文數據包括密文數據、數字簽名、時間周期和智能電表的身份；

S3.對于每個霧節點，判斷時間周期內其負責區域上傳可驗證密文數據的正常工作的智能電表的數量是否大于預先設置的門限值，若是，則霧節點對所述可驗證密文數據進行批量驗證；驗證通過后，霧節點計算聚合密文，同時產生與電網控制中心臨時協商的第一會話密鑰，計算第二消息認證碼，將可驗證霧級聚合密文上傳給電網控制中心，所述可驗證霧級聚合密文包括聚合密文、第二消息認證碼、時間周期和霧節點的身份；

S4.電網控制中心在收到霧節點的可驗證霧級聚合密文后，產生與霧節點臨時協商的第二會話密鑰，計算第三消息認證碼，并與接收到的第二消息認證碼進行檢驗，若檢驗通過，則電網控制中心解密可驗證霧級聚合密文，恢復聚合后的多個維度數據值；所述S1包括以下步驟：

S101.可信中心產生對稱同態加密算法的對稱密鑰，其中 u和v都是大素數，并且u的比特長度大于等于v的比特長度的2倍，s是u階有限域中的非零隨機數，d為密文的次數，所述可信中心用TTP表示；

S102.可信中心設置一個雙線性對映射，其中，是p階加法循環群，是p階乘法循環群，P是加法循環群的生成元；

S103.可信中心設置霧節點數為，以及設置一個霧節點負責區域的最大智能電表數為N，所述霧節點用表示，所述智能電表用表示，；

S104.可信中心設置固定正整數，其中代表向上取整數，D表示各個維度數據的上確界；

S105.可信中心設置一個抗碰撞哈希函數 ，其中，表示任意長度的比特串，并設置一個第一消息認證碼HMAC；

S106.可信中心從p階有限域中為霧節點選取霧節點簽名私鑰，并計算其霧節點公鑰，所述霧節點的身份為；

S107.可信中心從有限域中為智能電表選取電表簽名私鑰，并計算其電表公鑰，所述智能電表的身份為；

S108.可信中心從有限域中為電網控制中心選取控制中心簽名私鑰x，并計算其控制中心公鑰，所述電網控制中心用CC表示；

S109.可信中心確定兩個參數，且；

S110.可信中心選擇一個t-1次多項式，且 ，其中y是變量，t為預先設置的門限值；

S111.可信中心選擇一個正整數，并計算秘密份額參數一、秘密份額參數二、秘密份額參數三、秘密份額參數四和秘密份額參數五，其中正整數的比特長度小于等于20bit，f（j）表示第j個智能電表所對應的t-1次多項式的值，s是u階有限域中的非零隨機數，d指的是對稱同態加密算法的對稱密鑰的第四分量；

S112.可信中心發布系統公開參數；

S113.可信中心將控制中心秘密參數發送給電網控制中心，將電表秘密參數發送給每一個智能電表，將霧節點秘密參數發送給每一個霧節點；所述S2包括以下步驟：

S201.智能電表將用戶的各個維度的數據編碼為二進制比特串，其中，編碼后的每一個維度的數據為表示數據的二進制編碼形式，表示長度為的全零比特串填充，η表示電表數據的維度，l表示總共存在多少數據維度；

S202.智能電表將用電數據設置為；

S203.智能電表選擇一個正隨機數，且，其中，符號代表比特串長度，的比特長度為；

S204.智能電表使用電表秘密參數按照如下方式對用電數據進行加密：

式中，是用電數據的密文，是一個隨機數；

S205.智能電表使用電表簽名私鑰生成的簽名：

，其中，T為時間周期；

S206.智能電表將可驗證密文數據發送給其對應的霧節點；所述S3包括以下步驟：

S301.判斷時間周期T內霧節點負責區域上傳可驗證密文數據的正常工作的智能電表的數量是否大于預先設置的門限值t，若是，則執行S302，其中，，表示正常工作的智能電表的下標集合；

S302.霧節點根據如下方程進行批量驗證：

若方程成立，則驗證通過；

S303.霧節點計算聚合過程中的拉格朗日系數，其中，是用戶在霧節點管理的序列值，表示為一個用戶的所處的位置，代表遍歷過程的指針，將霧節點所接收到的用戶下標全部進行計算；

S304.霧節點計算聚合密文：；

S305.霧節點計算與電網控制中心 臨時協商的第一會話密鑰；

S306.霧節點計算第二消息認證碼，其中表示橢圓曲線上點的縱坐標；

S307.霧節點向電網控制中心 發送可驗證霧級聚合密文；所述S4包括以下步驟：

S401.電網控制中心從霧節點接收到可驗證霧級聚合密文后，計算與霧節點臨時協商的第二會話密鑰；

S402.電網控制中心計算第三消息認證碼，其中表示橢圓曲線上點的縱坐標，若，則執行S403；

S403.電網控制中心利用控制中心秘密參數 ，解密霧節點的可驗證霧級聚合密文：

式中，表示解密得到的智能電表的聚合數據；

S404.電網控制中心恢復每一個維度的聚合數據，其中，第η維度的聚合數據為比特串中第比特位到第比特位中的數據，，l表示總共存在多少數據維度。