[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

本發明公開了一種智能電網中多維隱私數據聚合方法，包括：S1.可信中心設置安全密碼組件、各通信實體的簽名私鑰和秘密份額參數，公布系統公開密碼參數；S2.智能電表將各個維度的數據進行二進制預處理和加密，并產生對應的數字簽名，并上傳可驗證密文數據；S3.霧節點對可驗證密文數據進行批量驗證，計算聚合密文，產生第一會話密鑰，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；S4.電網控制中心產生第二會話密鑰，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，然后解密可驗證霧級聚合密文，恢復聚合后的多個維度數據值。本發明的方法能夠防止攻擊者分析用戶數據并且不影響電網系統的統計分析。

技術領域

本發明屬于智能電網中大數據分析及處理領域，特別是涉及一種智能電網中多維隱私數據聚合方法。

背景技術

隨著電能應用的日益廣泛，傳統電網的生產模式與管理模式已經無法滿足人們的基本要求。智能電網的出現為人們提供了更便利、更合理、更經濟的模式。智能電表被廣泛地安裝在每一個家庭住戶中，并負責收集用戶的電力數據，并上傳給對應的邊緣計算服務器，如霧節點服務器。霧節點收集其所管轄區域的智能電表所匯報的數據之后，進行聚合處理后發送給電網控制中心。電網控制中心通過對電力消耗數據進行分析，做出按需供電等決策，從電力生產，傳輸和使用三個階段節省電力資源。

但是，電力數據通常會反映出用戶生活習慣等隱私信息，因此需要對敏感電力數據加密來保障用戶的隱私性。然而智能電表通常都是一個小型的計算單元，無法進行復雜的加密操作，并且發送的數據可能依賴于家庭網絡或專用的小型網絡。其通信的密文長度過長也會導致傳輸堵塞等情況。此外，為解決數據孤島問題，同態加密技術可以讓霧節點對多個終端電表傳輸的密文數據進行線性聚合，為電網控制中心提供隱私保護的數據分析便利?，F有的加密聚合技術大多基于經典的Paillier和BGN同態加密算法，這兩種算法都需要用到模指數計算，這就導致了終端智能電表的計算開銷特別大，并不適用于小型計量設備。

在傳輸過程中，電網用戶自身可能會試圖篡改智能電表中的電力數據以逃避后續的用電計費。同時，電網系統中可能存在內部敵手，竊取智能電表或者控制中心的私鑰，通過解密單個密文破壞數據機密性和用戶隱私安全。除此之外，智能電表的故障損壞在實際中也是無法避免的，所以加密系統應該帶有容錯機制。因此，設計一個支持傳輸容錯和驗證功能的輕量級加密聚合技術是實現智能電網安全廣泛部署的重要保障。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的一項或多項不足，提供一種智能電網中多維隱私數據聚合方法。

本發明的目的是通過以下技術方案來實現的：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，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；