一种容错且保护隐私的智能电网多维多子集数据聚合方案制造技术

本发明专利技术公开了一种容错且保护隐私的智能电网多维多子集数据聚合方案。该方案使用两个超递增序列构造多维多子集数据，使控制中心获得每个维度的用电量以及不同子集的用户数量和用电总量。本发明专利技术在用电数据加密阶段引入盲因子，智能电表发生故障时，控制中心仍能正确解密聚合密文，增强系统的鲁棒性。本发明专利技术使用椭圆曲线加密算法，能够抵御重放攻击、共谋攻击、中间人攻击以及虚假数据注入攻击等网络攻击，实现多维多子集数据的隐私保护，同时具备较小的计算成本和通信开销，更适用于智能电网。网。

【技术实现步骤摘要】
一种容错且保护隐私的智能电网多维多子集数据聚合方案


[0001]本专利技术属于智能电网隐私保护的
，是一种具备容错性且安全性更高的轻量级多维多子集数据聚合隐私保护方案。

技术介绍

[0002]高级计量架构是智能电网的重要组成部分，支撑电力公司收集用户的电力消耗数据，用于负荷监测和能源管理。智能电表周期性地收集用户用电信息，并将这些信息通过聚合器发送到控制中心。控制中心收到这些数据后，对数据进行分析，实现动态地电力调度、电价制定等功能。如果这些信息被泄露出去，那么用户的身份信息、位置信息、日常行为习惯等隐私都会被他人掌握或利用。电力消耗数据在本质上是多维的，而利用一维的方式处理电力消耗数据只能获得所有用户的用电总量，无法满足细粒度需求。同时，智能电网作为一个连续运行的系统，不可能完全无故障。在实际情景中，智能电表可能会在一定时间内出现故障，无法将用电数据发送到聚合器或控制中心，导致聚合结果出现错误，甚至聚合失败。
[0003]针对智能电网中存在隐私泄露和现有数据聚合方案在细粒度和容错性存在不足的问题，本文基于椭圆曲线加密算法，提出一种具备容错性且安全性更高的轻量级多维多子集数据聚合方案。

技术实现思路

[0004]本专利技术针对现有技术的不足，提出了一种容错且保护隐私的智能电网多维多子集数据聚合方案。
[0005]本专利技术所述方案包括以下步骤：
[0006]I、系统初始化；
[0007]II、智能电表和网关注册；
[0008]III、用电数据加密；
>[0009]IV、数据聚合；
[0010]V、数据解密；
[0011]所述步骤I系统初始化，包括以下步骤：
[0012]可信第三方选择一个大素数w，生成椭圆曲线E，选定椭圆曲线E上的一个生成元P，它的阶q为一个大素数；
[0013]可信第三方随机选择作为私钥，计算其公钥P
T
＝sP，并选择单向哈希函数随机选择一个数组k1，k2，
…
，计算
[0014]控制中心构造N个连续子集{[0，R1)，[R1，R2)，
…
，[R
N
，+∞)}，若功耗R满足0≤R＜R1，则属于第一个子集；
[0015]控制中心选择两组超递增序列，第一组该序列满足
其中，i＝1，2，
…
，m，另一组满足b
i
＞b0+b
i
‑1·
n，其中，i＝1，2，
…
，m；
[0016]可信第三方公布参数{w，q，P，P
T
，h}，控制中心公布参数
[0017]所述步骤II智能电表和网关注册，包括以下步骤：
[0018]智能电表SM
i
选择其身份id
i
，随机选择作为其密钥，计算其公钥X
i
＝x
i
P，选取随机数并计算R
SMi
＝r
i
P，计算其中S
i
＝r
i
‑
x
i
h(id
i
||t
i
||R
SMi
)；
[0019]智能电表发送σ
i
＝(ID
i
，R
SMi
，X
i
，S
i
，t
i
)给可信第三方，可信第三方接收到σ
i
后，首先通过等式|t
′
i
‑
t
i
|≤Δt检查时间戳的新鲜度，若不等式成立，进一步验证R
SMi
＝PS
i
‑
X
i
h(ID
i
||t
i
||R
SMi
)，若等式成立，则智能电表注册成功并公布(ID
i
，R
SMi
，X
i
，S
i
，t
i
)，并通过安全通道将{(ID1，k1)，(ID2，k2)，
…
，(ID
n
，k
n
)，k
sum
}发送到控制中心，k
i
发送到SM
i
；
[0020]网关选择其身份id
GWj
，随机选择作为其密钥，计算其公钥Y
j
＝y
j
P，选取随机数并计算R
GWj
＝r
GWj
P，分别计算得出S
GWj
＝r
GWj
‑
y
j
h(id
GWj
||t
GWj
||R
GWj
)和
[0021]网关发送σ
GWj
＝(ID
GWj
，R
GWj
，Y
j
，S
GWj
，t
GWj
)给可信第三方，可信第三方接收到σ
GWj
后，首先通过不等式|t
GWj
‑
t
GWj
|≤Δt检查时间戳的新鲜度，若不等式成立，进一步验证R
GWj
＝PS
GWj
‑
Y
j
h(ID
GWj
||t
GWj
||R
GWj
)，若等式成立，则网关注册成功并公布(ID
GWj
，R
GWj
，Y
j
，S
GWj
，t
GWj
)；
[0022]所述步骤III用电数据加密，包括以下步骤：
[0023]SM
i
计算密文c
i
＝(x
i
+(a1m
i1
+a2m
i2
+
…
a
m
m
im
+b
j
)+h(T
i
)k
i
)P；
[0024]SM
i
随机选择计算签名L
i
＝l
i
P和s
i
＝l
i
+x
i
h(ID
i
||c
i
||T
i
||X
i
||L
i
)；
[0025]SM
i
发送(ID
i
，c
i
，T
i
，X
i
，L
i
，s
i
本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种容错且保护隐私的智能电网多维多子集数据聚合方案，其特征在于，包括以下步骤：Ⅰ、系统初始化；Ⅱ、智能电表和网关注册；Ⅲ、用电数据加密；Ⅳ、数据聚合；
Ⅴ
、数据解密；所述步骤Ⅰ系统初始化，包括以下步骤：可信第三方选择一个大素数w，生成椭圆曲线E，选定椭圆曲线E上的一个生成元P,它的阶q为一个大素数；可信第三方随机选择作为私钥，计算其公钥P
T
＝sP，并选择单向哈希函数随机选择一个数组计算控制中心构造N个连续子集{[0,R1),[R1,R2),
…
,[R
N
,+∞)}，若功耗R满足0≤R＜R1，则属于第一个子集；控制中心选择两组超递增序列，第一组该序列满足其中，另一组满足b
i
＞b0+b
i
‑1·
n，其中，可信第三方公布参数{w,q,P,P
T
,h}，控制中心公布参数所述步骤Ⅱ智能电表和网关注册，包括以下步骤：智能电表SM
i
选择其身份id
i
，随机选择作为其密钥，计算其公钥X
i
＝x
i
P，选取随机数并计算R
SMi
＝r
i
P，计算其中S
i
＝r
i
‑
x
i
h(id
i
||t
i
||R
SMi
)；智能电表发送σ
i
＝(ID
i
,R
SMi
,X
i
,S
i
,t
i
)给可信第三方，可信第三方接收到σ
i
后，首先通过等式|t
′
i
‑
t
i
|≤Δt检查时间戳的新鲜度，若不等式成立，进一步验证R
SMi
＝PS
i
‑
X
i
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i
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i
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SMi
)，若等式成立，则智能电表注册成功并公布(ID
i
,R
SMi
,X
i
,S
i
,t
i
)，并通过安全通道将{(ID1,k1),(ID2,k2),
…
,(ID
n
,k
n
),k
sum
}发送到控制中心，k
i
发送到SM
i
；网关选择其身份id
GWj
，随机选择作为其密钥，计算其公钥Y
j
＝y
j
P，选取随机数并计算R
GWj
＝r
GWj
P，分别计算得出S
GWj
＝r
GWj
‑
y
j
h(id
GWj
||t
GWj
||R
GWj
)和网关发送σ
GWj
＝(ID
GWj
,R
GWj
,Y
j
,S
GWj
,t
GWj
)给可信第三方，可信第三方接收到σ
GWj
后，首先通过不等式|t'
GWj
‑
t
GW...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴亚联，罗锦标，
申请(专利权)人：湘潭大学，
类型：发明
国别省市：