[发明专利]一种基于RSA与差分隐私的智能电网数据聚合方案

说明书

本发明属于数据隐私与安全技术领域，具体涉及一种智能电网中用户高频数据高效聚合方案。该方法主要包括以下步骤：步骤1：系统初始化，完成各设备初始化及注册；步骤2：数据上报请求，控制中心发起用电数据上报请求；步骤3：数据请求传输，集中器收到请求后验证合法性，并发送给所有注册用户；步骤4：生成数据报告，智能电表对用电数据加密并上传；步骤5：数据报告聚合，集中器检查收到的数据是否有效并聚合正确的报告；步骤6：安全读取数据，控制中心检查收到的数据是否有效，解密以获得真实准确的用户数据。该方案可以更加高效地聚合用户用电数据，还能有效地抵抗外部的攻击，如通信攻击、差分攻击等，有效地保护用户隐私。

技术领域：

本发明属于数据隐私与安全技术领域，具体涉及一种智能电网中用户高频数据高效聚合方案。

背景技术：

智能电网融合了现代通信技术、传感器技术、自动化技术、先进的计量基础设施等技术，旨在为电力用户提供更安全、更稳定、更可靠的电力环境，智能电网在给用户带来便捷服务的同时，也面临着严重的安全问题。智能电表作为智能电网的基础设施，是实现电网高度智能化、自动化、高效、安全可靠的关键设备。它不仅具有传统电能表的电能计量、抄表功能，而且实现了电网公司与电力用户之间的通信，提高了能源管理效率。智能电表作为智能电网架构的重要组成部分，记录着用户的细粒度用电数据，对于智能电网的监测、能源分配和负载平衡，实现高效、安全、可靠的能源供应至关重要。但是，由于智能电表上传的高频用电数据具有相当高的敏感性，在智能电表数据的采集以及控制中心与本地聚合器的通信中都会面临严重的隐私泄露问题。因此，信息安全和隐私是智能电表亟待解决的问题。

发明内容

针对以上智能电网数据聚合方案中存在的问题，本方案的目的在于在不影响数据可用性的条件下仍能抵抗差分攻击，给出了一种易于实现，运算开销较小、效率更高的智能电网实时用电数据聚合方案，该方案可以更加高效地聚合用户实时用电数据，还能有效地抵抗外部的攻击，如通信攻击、恶意软件攻击、差分攻击等，有效地保护了用户隐私。

本发明的技术方案如下：

S1：系统初始化。完成各设备密钥模块的初始化和一些参数，并对各设备注册并颁发证书。

S2：数据上报请求。当完成S1后即可开始收集用户高频用电数据，由控制中心发起用户用电数据上报请求，选择随机数计算ρ＝g^r，将请求和ρ发送至集中器并附上自己的签名。

S3：数据请求传输。当集中器收到用电数据上报请求后，验证数据的正确性，并向所有注册用户的智能电表发送该请求和ρ。

S4：生成数据报告。用户收到收集请求后，利用智能电表对其用电数据m_i进行加密处理，生成密文C_i和δ_i，然后对C_i和δ_i进行hash操作生成摘要σ_i，最后利用此智能电表的RSA私钥对摘要σ_i加密生成签名sg_i。

S5：数据报告聚合。当集中器收到智能电表上报的数据C_i||δ_i||TS||sg_i后检查数据是否有效，集中器聚合所有正确的报告，生成C_γ和δ_γ，然后对C_γ和δ_γ进行hash操作生成摘要σ_γ，最后利用此智能电表的RSA私钥对摘要σ_γ加密生成签名sg_γ。

S6：安全读取数据。控制中心收到集中器上报的数据C_γ||δ_γ||TS||sg_γ后，首先验证数据的合法性，只有当它们有效时，控制中心才读取报告的密文数据C_γ和δ_γ，以获得真实和准确的用户数据X：