一種差分隱私安全及故障容錯(cuò)的智能電網(wǎng)聚合方法及系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于智能電網(wǎng)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種差分隱私安全及故障容錯(cuò)的智能電 網(wǎng)聚合方法及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 在智能電網(wǎng)技術(shù)領(lǐng)域中，Lu等人提出了支持多維聚合的智能電網(wǎng)用電量聚合系 統(tǒng)?；谕瑧B(tài)加密技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了半可信數(shù)據(jù)聚合服務(wù)器安全性假設(shè)下，保護(hù)用戶隱私的數(shù)據(jù) 聚合功能。通過(guò)加密多維數(shù)據(jù)生成一維密文，顯著降低了通信和計(jì)算開(kāi)銷。然而，該系統(tǒng)基 于半可信的安全性模型，不能有效防止，出于好奇和非完全誠(chéng)信的數(shù)據(jù)聚合服務(wù)器泄露和 獲取用戶的隱私信息。而且，在技術(shù)上，該系統(tǒng)不能有效推廣到支持容錯(cuò)的實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景。
[0003] Jongho Won等人通過(guò)引入預(yù)備密文，設(shè)計(jì)了支持容錯(cuò)的數(shù)據(jù)聚合系統(tǒng)，可應(yīng) 對(duì)普通的通信故障。同時(shí)，該系統(tǒng)通過(guò)引入分布式拉普拉斯噪音，可在一定范圍內(nèi)抵抗 差分隱私攻擊。該系統(tǒng)的計(jì)算開(kāi)銷巨大，可操作性較差。在系統(tǒng)初始化階段，每個(gè)用戶 需尋找k個(gè)合作者，并需在合作者的兩兩之間生成和共享會(huì)話密鑰。在數(shù)據(jù)匯報(bào)階段， 每個(gè)用戶需同時(shí)計(jì)算和匯報(bào)普通密文和預(yù)備密文，每個(gè)用戶在普通密文中加入隨機(jī)數(shù) 和噪音。隨機(jī)數(shù)的計(jì)算依賴于初始化階段計(jì)算的共享密鑰和數(shù)據(jù)匯報(bào)的時(shí)間點(diǎn)。用 戶在提交用電量的普通密文的同時(shí)，需額外同步計(jì)算并提交預(yù)備密文，以用于支持故 障容錯(cuò)。在數(shù)據(jù)聚合服務(wù)器端，需為每個(gè)用戶分配足夠大的存儲(chǔ)空間(對(duì)應(yīng)系統(tǒng)參數(shù) ￡?)，以應(yīng)對(duì)在將來(lái)某個(gè)特定的時(shí)間點(diǎn)的突發(fā)性數(shù)據(jù)匯報(bào)故障。系統(tǒng)中數(shù)據(jù)匯報(bào)的時(shí)間間隔 為:Γ，假設(shè)在時(shí)間點(diǎn)I；，某個(gè)用戶出現(xiàn)不可預(yù)測(cè)的故障，致使其不能進(jìn)行正常數(shù)據(jù)匯報(bào)， 并假設(shè)該用戶的故障恢復(fù)時(shí)間點(diǎn)為：^，因此該用戶的故障持續(xù)時(shí)間rpt/r為rb - +1；。系統(tǒng) 只能在的時(shí)間段內(nèi)支持容錯(cuò)功能。當(dāng)rpei. >Ι?·Γ時(shí)，超出的時(shí)間點(diǎn)以 后，系統(tǒng)將不能持續(xù)容錯(cuò)，除非等到時(shí)間點(diǎn)I),，該用戶自行故障恢復(fù)。這種功能性缺陷的本 質(zhì)原因是數(shù)據(jù)聚合服務(wù)器端緩存的預(yù)備密文的存儲(chǔ)空間大小直接決定了系統(tǒng)的容錯(cuò)功能。 隨著系統(tǒng)中故障用戶數(shù)量的增加，這種技術(shù)缺陷引起的系統(tǒng)可靠性變得越來(lái)越差。為了支 持可靠性更強(qiáng)的容錯(cuò)功能，需進(jìn)一步加大系統(tǒng)參數(shù)i?。然而，這就造成了存儲(chǔ)、計(jì)算和通信 開(kāi)銷的同步增加。系統(tǒng)為了抵抗攻擊者通過(guò)分析和差分普通密文和預(yù)備密文，以獲取用戶 隱私的攻擊，在每個(gè)用戶提交的預(yù)備密文上加入額外的拉普拉斯噪音1-ο.Μ+λ)。然而，該額 外噪音的加入造成了差分隱私的精度誤差，而且伴隨數(shù)據(jù)匯報(bào)故障用戶個(gè)數(shù)的增長(zhǎng)，該誤 差急劇增大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種差分隱私安全及故障容 錯(cuò)的智能電網(wǎng)聚合方法及系統(tǒng)。
[0005] -種差分隱私安全及故障容錯(cuò)的智能電網(wǎng)聚合方法，其特征在于該方法由安裝在 用戶中的智能電表實(shí)時(shí)記錄并匯報(bào)用戶的用電量；由控制中心負(fù)責(zé)收集、處理和分析各用 戶的實(shí)時(shí)用電量數(shù)據(jù)，并提供可靠的智能服務(wù)；由具有數(shù)據(jù)聚合功能和中繼功能的網(wǎng)關(guān)負(fù) 責(zé)將控制中心的控制指令轉(zhuǎn)發(fā)給各用戶，以及對(duì)各用戶匯報(bào)的用電量數(shù)據(jù)進(jìn)行聚合并匯報(bào) 給控制中心；由可信中心負(fù)責(zé)管理整個(gè)系統(tǒng)，具體步驟如下： (1) 系統(tǒng)初始化模塊 1) 可信中心根據(jù)輸入的安全參數(shù)r ,運(yùn)行Boneh-Goh-NiSSim加密系統(tǒng)的參數(shù)生產(chǎn)算 法，產(chǎn)生(P.屮G),并建立Boneh-Goh-Nissim加密系統(tǒng)，獲得對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)參句， 其中，p和q為兩個(gè)安全大素?cái)?shù)，同時(shí)計(jì)算jV = pg ; 2) 選擇G的生成元e Gf ; 3) 可信中心執(zhí)行以下操作，分配所有用戶[/ = {[Λ ?….和控制中心的秘密 信息： 為每個(gè)用戶隨機(jī)選擇，并將S.,分配給用戶; 計(jì)算·％ € 2^，滿足巧:丨丨+ ,s*2 + …+ Sn) = I P ; 將句分配給控制中心，作為控制中心的一部分秘密信息； 為每個(gè)用戶計(jì)算對(duì)應(yīng)的Yr滿足Fi: = ￥·_&,其中1: = 1,....η, 并將1*；分配給cc，作為控制的另一部分秘密信息 4) 可信中心公開(kāi)(AL G. # J+i.. ,作為系統(tǒng)公鑰； (2) 數(shù)據(jù)聚合請(qǐng)求模塊 每隔15分鐘，各用戶匯報(bào)一次用電量，數(shù)據(jù)的匯報(bào)時(shí)間點(diǎn)為 Γ = {f〗.?2..Troajr},在數(shù)據(jù)匯報(bào)時(shí)間點(diǎn),控制中心執(zhí)行以下操作，發(fā)起數(shù)據(jù)聚 合請(qǐng)求： 1) 隨機(jī)選擇r € Ζγ,并計(jì)算為=和42 = li5+:r ; 2) 將.4 ,和A2發(fā)送給網(wǎng)關(guān)； (3) 數(shù)據(jù)聚合請(qǐng)求中繼模塊 網(wǎng)關(guān)接收到_41和.42后，執(zhí)行以下操作，中繼數(shù)據(jù)聚合請(qǐng)求： 1) 選擇? €足\:，計(jì)算七=名=和-々4 =本=f':； 2) 將.43和.44分別轉(zhuǎn)發(fā)給每個(gè)用戶G e |7; (4) 用戶數(shù)據(jù)匯報(bào)模塊 每個(gè)用戶在時(shí)間點(diǎn),執(zhí)行以下操作，將用電量m,匯報(bào)給網(wǎng)關(guān)： O 計(jì)算 f:-，一 4^rii+('*S -f:21 rn '+<·^ J-l： n · A J ^C2<?· λ ；·} jj ris,： s i ，其中GU?. λ)和G2Ul Al為兩個(gè)服從伽馬分布的獨(dú)立同分布隨機(jī)變量； 2)將G匯報(bào)給網(wǎng)關(guān)； (5) 安全數(shù)據(jù)聚合模塊 如果所有II個(gè)用戶正常匯報(bào)數(shù)據(jù)，網(wǎng)關(guān)執(zhí)行下面的操作： 1) 計(jì)算
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種差分隱私安全及故障容錯(cuò)的智能電網(wǎng)聚合方法，其特征在于該方法由安裝在用 戶中的智能電表實(shí)時(shí)記錄并匯報(bào)用戶的用電量；由控制中心負(fù)責(zé)收集、處理和分析各用戶 的實(shí)時(shí)用電量數(shù)據(jù)，并提供可靠的智能服務(wù)；由具有數(shù)據(jù)聚合功能和中繼功能的網(wǎng)關(guān)負(fù)責(zé) 將控制中心的控制指令轉(zhuǎn)發(fā)給各用戶，以及對(duì)各用戶匯報(bào)的用電量數(shù)據(jù)進(jìn)行聚合并匯報(bào)給 控制中心；由可信中心負(fù)責(zé)管理整個(gè)系統(tǒng)，具體步驟如下： (1) 系統(tǒng)初始化模塊 1) 可信中心根據(jù)輸入的安全參數(shù) T，運(yùn)行Boneh-Goh-Nissim加密系統(tǒng)的參數(shù)生產(chǎn)算法，產(chǎn)生(p.g.G),并建立Boneh-Goh-Nissim加密系統(tǒng)，獲得對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)參數(shù)(XG丨,其中，p和q為兩個(gè)安全大素 數(shù)，同時(shí)計(jì)算iV=pfl; 2) 選擇G的生成元€C?; 3) 可信中心執(zhí)行以下操作，分配所有用戶C/ = [mb..... 和控制中心的秘密 信