网络攻击下微电网分布式经济调度的攻击检测和恢复方法技术

本发明专利技术提供一种网络攻击下微电网分布式经济调度的攻击检测和恢复方法，可在保护节点隐私的同时进行攻击检测并通过制定的恢复方法降低攻击造成的影响，主要步骤包括：(1)建立经济调度模型，每个发电节点生成随机时变通信权重；(2)在采用一致性算法前对待传输数据进行量化和映射的预处理；(3)对预处理后的数据进行加密传输，传输过程中进行同态运算得出更新信息的密文；(4)对密文放入哈希函数得到摘要，用私钥加密得到数字签名；(5)验证摘要和签名从而检测出是否发生链路攻击和节点攻击；(6)根据检测结果更新通信拓扑结构；(7)根据制定的恢复策略按照新的拓扑结构进行迭代计算；(7)将收敛结果下发给电网执行器进行跟踪。(7)将收敛结果下发给电网执行器进行跟踪。(7)将收敛结果下发给电网执行器进行跟踪。

【技术实现步骤摘要】
网络攻击下微电网分布式经济调度的攻击检测和恢复方法


[0001]本专利技术涉及一种网络攻击下微电网分布式经济调度的攻击检测和恢复方法。

技术介绍

[0002]随着科技及工业技术的不断发展，全球能源危机日渐严峻，传统燃料的短缺及其引起的环境污染问题也日益加剧。与此同时，以太阳能为主的可再生能源技术的不断提升及逐渐成熟，为解决能源危机提供了一条新的道路。为了解决分布式能源接入对大电网产生的不利影响，同时结合可再生能源的特点及优势充分利用能源，微电网逐渐得到了广泛的研究。
[0003]微电网由分布式发电、负荷、储能装置组成。可以工作在并网和孤岛两种模式下，当微网工作在并网模式时，通过公共连接点与大电网相连，由大电网维持微网频率电压稳定；当微网工作在孤岛模式时，则需要由自身维持电压频率稳定。传统电网通常采用集中式经济调度，由中央控制器收集全局信息并制定运行策略，由于这种方法存在着单点故障等问题，分布式经济调度方法逐渐受到关注。然而，在采用分布式方法时，相邻设备之间需要进行信息交换，在信息交换过程中，难以避免会面临网络攻击的风险，从而影响经济调度的结果。
[0004]综上所述，当前分布式经济调度模型主要考虑如何降低对领导者节点的依赖，而未考虑网络攻击对分布式经济调度所造成的影响，在网络攻击的检测以及受到攻击后的防御方面有明显欠缺。因此，需要在分布式经济调度中考虑网络攻击，指定网络攻击检测及防御方法，从而及时发现网络攻击并降低网络攻击造成的影响。

技术实现思路

[0005]针对现有分布式经济调度方法中未考虑网络攻击影响的问题，本专利技术的目的是提供一种防御隐私攻击、检测虚假数据注入攻击的方法，并制定了发现攻击后的防御策略，从而降低网络攻击对经济调度结果造成的影响。
[0006]根据上述专利技术创造目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0007]一种网络攻击下微电网分布式经济调度的攻击检测和恢复方法，包括以下步骤：
[0008]步骤一，建立对经济调度模型，生成随机时变通信权重矩阵；
[0009]步骤二，采用无领导者一致性算法对模型进行求解；
[0010]步骤三，每次迭代之前，对节点的状态信息进行量化和映射；
[0011]步骤四，采用Daillier加密算法对节点量化映射后的状态信息进行加密；
[0012]步骤五，通过哈希算法验证数据完整性，检测是否发生通信链路攻击造成数据被篡改；
[0013]步骤六，若步骤五检测时发现异常，则按照制定的更新规则对通信拓扑进行更新，否则执行步骤七；
[0014]步骤七，通过数字签名验证节点身份，检测是否发生节点攻击；
[0015]步骤八，若步骤七检测时发现异常，则按照制定的更新规则对通信拓扑进行更新，否则执行步骤十；
[0016]步骤九，发生节点隔离时，根据正常节点剩余容量对异常节点的负荷量进行分配；
[0017]步骤十，判断收敛误差是否小于或等于给定值，若达到则将计算结果下发给电网执行器，若未达到，返回步骤三。
[0018]优选地，在所述的步骤一中，将微电网中各发电、储能、负荷设备抽象为信息网中的信息节点，采用图论的方式进行描述：令代表一个无向图，其中，代表信息网中的节点集，表示连接节点的边集，(i，j)∈ε表示无向图中的节点j和节点i 能够互相通信，节点i的邻居集表示为N
i
＝{j∈v，|(i，j)∈ε}，d
i
＝|N
i
|表示节点的度，；在经济调度中，考虑能调度机组，其二次代价函数为其中P
i
代表第i 个发电节点发出的功率，a
i
、b
i
和c
i
分别表示节点i的发电机参数，经济调度问题的模型表示为：
[0019][0020][0021][0022]其中，i代表发电节点，C
i
(P
i
)代表总成本，P
i
代表节点i的发电功率，和分别代表节点i 的最小和最大功率，L
i
代表节点i的负荷量；在经济调度模型中，采用拉格朗日乘子法将等式约束引入进行求解：
[0023][0024]其中，n表示节点个数，λ是每个发电节点i的增量成本；
[0025]在一阶线性最优的条件下对等式两侧进行求导：
[0026][0027]其中，a
i
和b
i
是发电机参数，拉格朗日乘数λ也是每个发电节点i的增量成本，表示为：
[0028][0029]考虑发电约束的情况下，采用一种无领导者一致性算法：
[0030]‑
m
]中，然后将量化后的数据映射到正整数集I(n，m)中，映射公式为：
[0046]I
n，m
(a)＝2
m
amod2
n
(16)
[0047][0048]其中，n和m均为正整数，a表示带映射值。
[0049]优选地，在所述的步骤四中，采用Paillier加密算法对传输信息进行加密码，初始时每个节点分别生成一对公私钥，在节点i进行更新时，节点i以及i的邻居节点用i的公钥对自身信息进行加密，并进行同态运算，最终得到i更新所用到的信息传回给节点i，节点i将收到的信息用私钥解密并进行更新。
[0050]优选地，在所述的步骤五中，为了保证传输数据的完整性，对数据进行加密后，在传输之前，先将数据放入哈希函数中得到一个固定长度的摘要H(m)，接收方收到密文信息m后，首先将密文放入同样的哈希函数H(
·
)中，并比对得到的结果是否相同，若相同则证明消息没有被篡改。
[0051]优选地，在所述的步骤六中，若在步骤五检测时，发现数据为异常数据，则断开该异常数据所在的通信链路；对通信拓扑结构进行更新后，正常节点按照新的拓扑结构重新更新迭代达到新的平衡，从而缓解被攻击所造成的影响。
[0052]优选地，在所述的步骤七中，在发送方传输消息之前，首先用发送方私钥对传输消息进行签名，接受方收到消息后用发送方公钥解签名，从而验证发送方身份是否真实。
[0053]优选地，在所述的步骤八中，若通过步骤七发现节点身份异常，则隔离该异常节点并断开其所有通信链路，对通信拓扑结构进行更新后。
[0054]优选地，在所述的步骤九中，对通信拓扑结构进行更新后，被隔离节点的负荷量根据正常节点的剩余发电容量被重新分配，正常节点按照新的拓扑结构重新更新迭代达到新的平衡，从而缓解被攻击所造成的影响。
[0055]与现有技术相比，本专利技术具有如下突出的实质性特点和显著的优点：
[0056]本专利技术方法通过Paillier加密算法对待传输数据进行加密，并运用Paillier加密算法同态加的性质，进行相应的运算，通过哈希算法和数字签名进行数据完整性验证和身份验证，最后根据验证结果，按照相应的恢复策略对网络拓扑结构进行更新，从而降低网络攻击对经济调度结果的影响本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种网络攻击下微电网分布式经济调度的攻击检测和恢复方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一，建立对经济调度模型，生成随机时变通信权重矩阵；步骤二，采用无领导者一致性算法对模型进行求解；步骤三，每次迭代之前，对节点的状态信息进行量化和映射；步骤四，采用paillier加密算法对节点量化映射后的状态信息进行加密；步骤五，通过哈希算法验证数据完整性，检测是否发生通信链路攻击造成数据被篡改；步骤六，若步骤五检测时发现异常，则按照制定的更新规则对通信拓扑进行更新，否则执行步骤七；步骤七，通过数字签名验证节点身份，检测是否发生节点攻击；步骤八，若步骤七检测时发现异常，则按照制定的更新规则对通信拓扑进行更新，否则执行步骤十；步骤九，发生节点隔离时，根据正常节点剩余容量对异常节点的负荷量进行分配；步骤十，判断收敛误差是否小于或等于给定值，若达到则将计算结果下发给电网执行器，若未达到，返回步骤三。2.根据权利要求1所述的网络攻击下微电网分布式经济调度的攻击检测和恢复方法，其特征在于，在所述的步骤一中，将微电网中各发电、储能、负荷设备抽象为信息网中的信息节点，采用图论的方式进行描述：令代表一个无向图，其中，代表信息网中的节点集，表示连接节点的边集，(i,j)∈ε表示无向图中的节点j和节点i能够互相通信，节点i的邻居集表示为d
i
＝|N
i
|表示节点的度；在经济调度中，考虑能调度机组，其二次代价函数为其中P
i
代表第i个发电节点发出的功率，a
i
、b
i
和c
i
分别表示节点i的发电机参数，经济调度问题的模型表示为：示为：示为：其中，i代表发电节点，C
i
(P
i
)代表总成本，P
i
代表节点i的发电功率，和分别代表节点i的最小和最大功率，L
i
代表节点i的负荷量；在经济调度模型中，采用拉格朗日乘子法将等式约束引入进行求解：其中，n表示节点个数，λ是每个发电节点i的增量成本；在一阶线性最优的条件下对等式两侧进行求导：
其中，a
i
和b
i
是发电机参数，拉格朗日乘数λ也是每个发电节点i的增量成本，表示为：考虑发电约束的情况下，采用一种无领导者一致性算法：采用一种无领导者一致性算法：采用一种无领导者一致性算法：其中，k＝1,2,
…
n代表迭代次数，λ
i
(k+1)表示第i个发电节点在第k+1次迭代中的增量成本，w
ij
(k)表示节点i和节点j之间的通信权重，∈表示迭代步长，ξ
j
(k)表示在第k次迭代时第j个发电节点发电与负荷之间的失配量：ξ
j
(k)＝P
j
(k)
‑
L
j
(k)，最终根据等耗量微增率准则，当λ1＝λ2＝λ3＝
…
λ
n
时，系统总成本最低。3.根据权利要求1所述的网络攻击下微电网分布式经济调度的攻击检测和恢复方法，其特征在于，在所述的步骤二中，当通信权重矩阵固定且全局已知时，从k＝0到k＝k
c
次迭代过程中，节点i获得的信息表示为：s1(k)＝w
ij
(k)λ...

【专利技术属性】
技术研发人员：费敏锐，殷祎婷，杜大军，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：