[发明专利]基于同态加密的智能电网用电计划安全聚合方法及系统

权利要求书

1.一种基于同态加密的智能电网用电计划安全聚合方法，基于一种系统，该系统包括密钥生成中心和由控制中心节点、网关节点和智能电表节点组成的区块链，其特征在于，该方法包括以下步骤：

1)系统初始化步骤：密钥生成中心为智能电表节点与网关节点分别生成公私钥对，智能电表节点与网关节点进行身份注册；密钥生成中心生成同态加密算法参数与同态消息认证码参数；

2)用电计划上传步骤：用户向智能电表节点输入用电计划明文数据，智能电表节点根据所述同态加密算法参数对用电计划数据进行加密，并根据所述同态消息认证码参数计算用电计划密文的消息认证码，得到用电计划密文及消息认证码，上传至网关节点进行用电计划请求；

3)数据安全聚合步骤：网关节点根据智能电表节点的用电计划请求，验证数据完整性和智能电表节点身份，验证通过后将用电计划密文哈希值上传至区块链；加法聚合智能电表节点发送的用电计划密文，生成含有初步聚合密文的初步聚合结果并上传到控制中心节点，将初步聚合结果哈希值上传到区块链；

4)聚合密文解密步骤：控制中心节点根据初步聚合结果验证数据完整性和网关节点身份，验证通过后，加法聚合网关节点发送的初步聚合密文，得到最终聚合结果，解密该最终聚合结果得到用电计划聚合结果，根据该用电计划聚合结果制定发电配电计划；

5)电费结算步骤：控制中心节点计算用电计划密文哈希值，并在区块链上查找是否存在一致的用电计划密文哈希值，如果存在，则根据实际用电量与用电计划中的计划用电量的关系，按照运营商的电费价格制定标准来进行电费结算。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1)中智能电表节点与网关节点进行身份注册的步骤包括：

智能电表节点与网关节点分别向密钥生成中心发送身份信息与节点类型，申请公私钥对；

密钥生成中心分别为智能电表节点和网关节点生成公私钥对，并发送至智能电表节点和网关节点；

智能电表节点与网关节点分别向控制中心发送节点身份信息、节点类型与公钥信息，请求身份注册；

控制中心节点验证智能电表与网关节点身份，验证通过后为节点颁发证书，完成身份注册。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1)中密钥生成中心根据智能电表数量生成同态加密算法参数，该同态加密算法参数包括伪随机函数族及智能电表节点与控制中心节点的秘密值集合；密钥生成中心生成同态加密算法参数的步骤包括：密钥生成中心根据一安全参数生成伪随机函数族；从秘密值全集中随机选取一预设数量的秘密值组成秘密值子集，分配给控制中心节点；密钥生成中心将秘密值全集分为多个加法子集与减去所述秘密值子集的减法子集，将加法子集与减法子集分发至每个智能电表节点，秘密值预置于智能电表节点的可信平台模块中；

密钥生成中心生成的同态消息认证码参数包括伪随机数发生器、从该伪随机数生成器的密钥空间中随机选择的密钥、伪随机函数及从该伪随机函数的密钥空间中随机选择的密钥；密钥生成中心将上述密钥发送给控制中心节点、网关节点与智能电表节点。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤2)中智能电表节点对用电计划数据进行加密的步骤包括：

用户在智能电表节点中输入未来一天、一周或一个月的用电计划明文数据，包括额外用电或削减用电量；

智能电表节点基于存储的秘密值加法子集与减法子集生成加密密钥，根据加密密钥和用电计划明文计算用电计划密文；

智能电表节点计算用电计划明文与密文的哈希值即用电计划哈希值；

智能电表节点根据智能电表节点身份信息及证书、用电计划密文、用电计划哈希值以及同态消息认证码参数计算一同态消息认证码；

智能电表节点将智能电表节点身份信息及证书、用电计划密文、用电计划哈希值与所述同态消息认证码作为用电计划请求信息，向网关节点提交用电计划请求，并计算用电计划请求哈希值上传至区块链。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤2)中智能电表节点将用电计划明文数据分为多个子周期，分别为每个子周期的用电计划明文生成加密密钥，计算每个子周期的用电计划密文，得到整个的用电计划密文。