【技术实现步骤摘要】
一种基于区块链技术的智能电网安全数据聚合方法及系统
本专利技术涉及一种基于区块链技术的智能电网安全数据聚合方法及系统。
技术介绍
由于区块链具有分散存储的特点，其可以用于解决传统智能电网通信系统的集中式数据管理瓶颈与信息反馈不准确问题。目前，许多研究已将区块链应用于智能电网，以解决上述挑战。Pop等人提出了智能电网需求响应计划的分散式管理模型，该模型可在某种程度上平衡智能电网供需平衡。Gao等人提出了一种智能电网监控模型，实现了无需第三方可信中心的用电量监控及管理，并通过智能合约实现了电网系统高效运行。Wu等人提出了一种基于智能电网联盟区块链的安全数据存储与共享系统，解决了集中存储方式引起的单点故障、数据篡改等信息安全问题。但是，以上诸方案缺乏数据加密过程的详细设计，也未对系统的效率进行量化分析。Liang等人设计了一个新的基于区块链的分布式保护框架，以增强现代电力系统抵御网络攻击的能力，该框架研究了如何利用区块链技术增强电网的稳健性和安全性问题。Aitzhan等人基于多重签名、匿名消息流和区块链技术，设计了具有隐私保护的分布式电能交易模型。Guan等人提出了一种...
【技术保护点】
1.一种基于区块链技术的智能电网安全数据聚合方法，其特征在于该方法基于智能电网通信系统应用场景，由可信权威负责管理和分配系统中所有其他实体的秘密信息；由控制中心负责集成、处理和分析来自于小区网络N个节点的周期性时间序列数据，提供综合、可靠的智能服务；根据硬件配置、操作环境、通信可靠性等指标，从感知节点集合N＝{N1,N2,…,NN}(或用户集合U＝{U1,U2,…,UN})中动态优选记账节点子集
【技术特征摘要】
1.一种基于区块链技术的智能电网安全数据聚合方法，其特征在于该方法基于智能电网通信系统应用场景，由可信权威负责管理和分配系统中所有其他实体的秘密信息；由控制中心负责集成、处理和分析来自于小区网络N个节点的周期性时间序列数据，提供综合、可靠的智能服务；根据硬件配置、操作环境、通信可靠性等指标，从感知节点集合N＝{N1,N2,…,NN}(或用户集合U＝{U1,U2,…,UN})中动态优选记账节点子集并在各数据汇报时间点确定记账主节点，用于验证通信数据并生成新的区块及更新区块链，以提高系统执行效率并确保系统安全；由网关连接控制中心和小区网络，负责对各用户提交的数据进行聚合以及在各用户和控制中心间转发通信数据；由智能电网小区网络中的N个感知节点N＝{N1,N2,…,NN}(或用户U＝{U1,U2,…,N})，负责实时采集数据，并通过网关转发给控制中心；具体步骤如下：(1)系统初始化阶段可信权威执行以下操作，进行系统初始化：1)根据输入的安全参数ρ，运行ζ(ρ)，输出系统参数(G,g,p,q)，其中p,q为安全大素数，q|(p-1)，G是阶为q的循环群，且群G上的离散对数问题是困难的(在计算上不可行)；随机选择群G的生成元g∈G；2)执行以下操作，分配所有用户U＝{U1,U2,…,UN}以及网关的秘密信息：①随机选择N个其中，i＝1,2,…,N，计算分别将si和Si作为Ui(其身份信息为IDi)的私钥和公钥；②计算满足以及分别将sg和Sg作为网关(其身份信息为IDg)的私钥和公钥；3)随机选择安全哈希函数：H:{0,1}*→G；4)选择并公开安全认证MAC函数：MACk＝HMAC(k,m)，其中，k为密钥，m为数据；5)公开系统参数：(G,p,q,g,Sg,IDg,H,MACk)以及<IDi,Si>(其中i＝1,2,…,N)；(2)数据收集阶段每个用户Ui(其中i＝1,2,…,N)在数据汇报时间点tτ执行以下操作，将当前感知数据mi汇报给网关：1)以非交互的方式计算与网关共享的会话密钥2)计算用电量密文：①Ui根据安全伪随机函数(PRF)随机选择一些节点作为Ui的聚类节点。安全伪随机函数满足以下特性：如果Us∈U选择Ut∈U，那么Ut必然选择Us。定义h为聚类中用户的最大个数，idxi[j]表示用户Ui选择的h个聚类用户的索引，其中，j＝1,….,h。如果映射那么Us选择Ut作为聚类成员，其中，E(h)＝e，E(·)表示数学期望；r1为与每个汇报时间点tτ相关的动态公开信息。易知，Us选择Ut的概率为②Ui针对其h个聚类节点计算辅助信息AUIi,j＝(i-j)/|i-j|·PRF(r2)，其中，j＝1,….,h，r2表示与每个汇报时间点tτ相关的动态公开信息，且r2≠r1。易知，AUIi,j＝-AUIj,i；③Ui计算其中ki,g表示Ui和网关共享的会话密钥；3)根据系统公开的安全认证MAC函数，计算4)将发送给网关；(3)安全数据聚合阶段网关执行以下操作，获得对应当前汇报时间点tτ的用户用电量聚合信息：1)以非交互的方式计算与各用户Ui共享的会话密钥其中，i＝1,2,…,N；2)根据系统公开的安全认证MAC函数，计算其中i＝1,2,…,N，并与接收到的MAC值进行比较。如相等，表示通信信息完整；3)计算所有用户Ui的聚合信息密文由于AUIi,j＝-AUIj,i，因此4)计算5)由于p为大素数，易得对应tτ的用电量聚合信息(4)记账节点选择阶段在各数据汇报时间点tτ，由控制中心从记帐节点集合中选择对应当前tτ的集合元素轮流担当当前记账时间的记帐主节点；(5)新区块生成阶段区块链块体的记账主节点执行以下操作，将对应当前tτ的聚合用电量信息添加到区块链中：1)形成新的区块记录信息2)在Merkle树中自底而上计算并记录所有用户的用电量数据密文散列值；3)将Merkle树根、当前时戳tτ、前一个区块的散列值、当前记账主节点当前聚合用电量等信息记录到区块头中；4)将新区块发布给所有其他用户，用于区块确认；(6)区块验证阶段在接收到新区块后，每个用户(节点)执行以下操作：1)验证新区块记录的准确性和真实性；2)如果新区块记录有效，用户将新区块同步添加到本地数据集的区块链上；收到所有节点的确认信息后，记账主节点将当前汇报时间节点tτ的聚合用电量发送给控制中心；(7)决策支持阶段控制中心接收到用电量统计信息后，对电网全域实时及历史用电量数据进行分析，绘制用电量变化立方图，根据用户的细粒度用电数据进行动态定价，为用户用电行为规划提供决策支持。2.一种基于区块链技术的智能电网安全数据聚合系统，其特征在于包括：可信权威：负责管理和分配系统中...
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