一种无可信机构的智能电表数据聚合方法技术

本发明专利技术公开了一种无可信机构的智能电表数据聚合方法，具有这样的特征，包括以下步骤：步骤1，聚合中心为各个参与者生成相关参数并发送给智能电表，并初始化系统。步骤2，聚合中心基于随机抽样方法和快速排序方法为每个智能电表创建对应的序列号。步骤3，每个智能电表根据各自的序列号生成一个n维向量并发送给聚合中心，聚合中心得到所有n维向量并计算得到向量V

【技术实现步骤摘要】
一种无可信机构的智能电表数据聚合方法


[0001]本专利技术涉及数据聚合
，具体涉及一种无可信机构的智 能电表数据聚合方法。

技术介绍

[0002]智能电网是由现有电力系统和通信技术组成的下一代电网。通过 控制中心与用户之间的命令控制和服务查询，使电力公司能够动态地 获取总体用电量，调整电价，根据用户的需求提供额外的电力或者从 用户那里收取电力。但是，这种基础架构中的安全性和隐私性问题是 非常具有挑战性的。因为智能电网中的用户无法完全信任云，并且可 能存在恶意用户非法获取电网服务，甚至损坏电网。没有适当的保护， 电网服务就很容易遭到破坏，用户的隐私也很容易被泄露。因此，可 靠、高效、安全的隐私保护机制对于智能电网至关重要。
[0003]为了保护用户的隐私，很多研究引入了数据聚合。数据聚合是物 联网系统中的常见操作，其基本目的是有效地聚合和收集数据，以提 高能耗，网络寿命，流量瓶颈和数据准确性。例如，发布聚合区域中 数据的总和，发布的数据具有与原始数据类似的统计特征，同时单个 数据被掩盖。因此，数据聚合是权衡实用程序和隐私保护之间的可行 解决方案。
[0004]在智能电网中，智能电表是用户端安装的最重要的组件之一。用 户通过智能电表向控制中心报告实时的用电量数据，但是此过程带来 了一些安全性和效率方面的挑战：(1)用户的隐私可能会从实时消费 的数据中泄漏出去；(2)通常智能电表的计算能力有限，因此执行一 些复杂的密码运算是不切实际的。此外，动态用户管理也是一个重要 的问题，用户迁移和电力公司变更将导致用户成员资格变更。由于智 能电表的使用寿命有限或自然灾害，用户端可能经常发生故障。这使 用户管理变得极为复杂和具有挑战性。

技术实现思路

[0005]本专利技术是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种无可信 机构的智能电表数据聚合方法。
[0006]本专利技术提供了一种无可信机构的智能电表数据聚合方法，具有这 样的特征，包括以下步骤：步骤1，聚合中心为各个参与者生成相关 参数并发送给智能电表，并初始化系统。步骤2，聚合中心基于随机 抽样方法和快速排序方法为每个智能电表创建对应的序列号。步骤3， 每个智能电表根据各自的序列号生成一个n维向量并发送给聚合中 心，聚合中心得到所有n维向量并计算得到向量V
agg
后，使用向量V
agg
计算任意聚合函数。步骤4，利用基于扩展的Shamir秘密共享方法对 系统进行管理。
[0007]在本专利技术提供的无可信机构的智能电表数据聚合方法中，还可以 具有这样的特征：其中，步骤1具体包括以下步骤：步骤1
‑
1，聚合 中心为各个参与者生成相关参数并发送给智能电表。步骤1
‑
2，当智 能电表收到相关参数后，首先使用高级加密标准算法生成两对密钥， 彼此通过聚合中心，采用Diffie
‑
Hellman算法获取各自的共享密钥集， 其次，智能
电表选择随机数，计算不同阈值情况下的份额，加密各自 的信息得到密文并上传给聚合中心。步骤1
‑
3，聚合中心收到密文后， 与其他智能电表共享。
[0008]在本专利技术提供的无可信机构的智能电表数据聚合方法中，还可以 具有这样的特征：其中，步骤1期间，智能电表构造伪随机函数。
[0009]在本专利技术提供的无可信机构的智能电表数据聚合方法中，还可以 具有这样的特征：其中，步骤2具体包括以下步骤：步骤2
‑
1，在特 定序列号生成阶段，智能电表采用随机抽样方法随机选取不重复的整 数的样本值，上传到聚合中心。步骤2
‑
2，聚合中心采用快速排序方 法将样本值从小到大排序，得到排序后的集合。步骤2
‑
3，每个智能 电表根据各自的样本值在集合中的排名，得到各自的序列号。
[0010]在本专利技术提供的无可信机构的智能电表数据聚合方法中，还可以 具有这样的特征：其中，步骤3具体包括以下步骤：步骤3
‑
1，聚合 中心广播所需的阈值，并向每个智能电表发送包含在线的智能电表的 列表。步骤3
‑
2，在线的智能电表提供各自的部分份额，以根据中国 剩余定理重构随机值。步骤3
‑
3，每个智能电表根据输入的数据和各 自的序列号，生成一个所述n维向量并发送给聚合中心。步骤3
‑
4，聚 合中心得到所有n维向量后，对n维向量中的每一项执行对应相加的操 作，计算得到向量V
agg
，使用向量V
agg
计算任意聚合函数并计算任意 聚合函数。
[0011]在本专利技术提供的无可信机构的智能电表数据聚合方法中，还可以 具有这样的特征：其中，步骤3
‑
4中，向量V
agg
包含所有智能电表的 信息。
[0012]在本专利技术提供的无可信机构的智能电表数据聚合方法中，还可以 具有这样的特征：其中，步骤4中，加入新的智能电表时，重复执行 步骤1～步骤3，聚合中心得到最终的聚合结果。当智能电表从系统中 撤销时，聚合中心向现有的智能电表发送撤销消息，此后，现有的智 能电表将其加密的份额发送给聚合中心，聚合中心根据情况广播所需 的阈值来重构随机数，然后现有的智能电表继续计算对应的向量V
i
， 聚合中心将得到最终的聚合结果。
[0013]专利技术的作用与效果
[0014]根据本专利技术所涉及的无可信机构的智能电表数据聚合方法，因为 具体步骤为：步骤1，聚合中心为各个参与者生成相关参数并发送给 智能电表，并初始化系统。步骤2，聚合中心基于随机抽样方法和快 速排序方法为每个智能电表创建对应的序列号。步骤3，每个智能电 表根据各自的序列号生成一个n维向量并发送给聚合中心，聚合中心 得到所有n维向量并计算得到向量V
agg
后，使用向量V
agg
计算任意聚 合函数。步骤4，利用基于扩展的Shamir秘密共享方法对系统进行管 理。
[0015]因此，本专利技术针对目前智能电网存在的数据隐私保护的问题，提 出无可信机构的智能电表数据聚合方法，与其他聚合方法相比，无需 第三方可信机构，通过给用户分发特定的序列号来保护隐私，在实际 应用中可扩展性更好。可以根据需求实现密文的任意聚合操作，使用 基于中国剩余定理的阈值可变秘密共享算法，支持动态用户的管理， 抵御了恶意用户的退出，具有容错性。实现所需的安全特性，并且有 效降低了计算成本和通信开销。
[0016]此外，本专利技术针对智能电网系统存在的隐私泄露问题，可采用各 种同态加密或对称加密算法，禁止泄露敏感的用户信息并实现(n
‑
k) 源匿名。快速排序样本值，生成特定序列号，实现低通信成本，并在 计算能力有限的智能电表中实施。利用基于中国剩余定理的
阈值可变 秘密共享算法，允许用户动态加入/退出智能电网系统，灵活应对不 同的阈值。
附图说明
[0017本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种无可信机构的智能电表数据聚合方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，聚合中心为各个参与者生成相关参数并发送给智能电表，并初始化系统；步骤2，所述聚合中心基于随机抽样方法和快速排序方法为每个所述智能电表创建对应的序列号；步骤3，每个智能电表根据各自的所述序列号生成一个n维向量并发送给所述聚合中心，所述聚合中心得到所有所述n维向量并计算得到向量V
agg
后，使用所述向量V
agg
计算任意聚合函数；步骤4，利用基于扩展的Shamir秘密共享方法对所述系统进行管理。2.根据权利要求1所述的一种无可信机构的智能电表数据聚合方法，其特征在于：其中，步骤1具体包括以下步骤：步骤1
‑
1，所述聚合中心为各个参与者生成相关参数并发送给所述智能电表；步骤1
‑
2，当所述智能电表收到所述相关参数后，首先使用高级加密标准算法生成两对密钥，彼此通过所述聚合中心，采用Diffie
‑
Hellman算法获取各自的共享密钥集，其次，所述智能电表选择随机数，计算不同阈值情况下的份额，加密各自的信息得到密文并上传给聚合中心；步骤1
‑
3，所述聚合中心收到所述密文后，与其他所述智能电表共享。3.根据权利要求1所述的一种无可信机构的智能电表数据聚合方法，其特征在于：其中，步骤1期间，所述智能电表构造伪随机函数。4.根据权利要求1所述的一种无可信机构的智能电表数据聚合方法，其特征在于：其中，步骤2具体包括以下步骤：步骤2
‑
1，在特定序列号生成阶段，所述智能电表采用所述随机抽样方法随机选取不重复的整数的样本值，上传到所述聚合中心；步骤2
‑
2，所述聚合中心采用所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：李晋国，赵欣钰，王伟飞，王亮亮，温蜜，张凯，
申请(专利权)人：上海电力大学，
类型：发明
国别省市：