[发明专利]智能电网中多维数据加解密的聚合方法

说明书

一种智能电网中多维数据加解密的聚合方法，其步骤包括：1、利用中国剩余定理分别生成用电数据的加密公钥和解密私钥；2、生成密码系统的公钥和私钥；3、对用电数据进行加密；4、分别对密文和密文解密参数进行聚合；5、对聚合密文进行解密；6、对中间密文求离散对数；7、对混合密文进行解密。本发明在密钥生成过程中利用中国剩余定理来生成用电数据的加密公钥和解密私钥，提高了密钥生成的效率，并降低了控制中心的计算负担和数据泄露的风险。在解密过程中只需对中间密文求一次离散对数，提高了对聚合密文的解密效率，并最终提高了整个数据聚合过程的效率。

技术领域

本发明属于数据处理技术领域，更进一步涉及数据加解密技术领域中的一种智能电网中多维数据加解密的聚合方法。本发明可用来对智能电表测量的多维用电数据进行加密，并支持聚合器对所有智能电表发来的加密用电数据进行聚合以隐藏单个用户的详细用电信息，使控制中心通过解密只能得到所有用户的多维聚合用电数据，而不能得到单个用户的详细用电数据，最终达到保护智能电表用户隐私的目的。

背景技术

使用智能电表来自动收集用户用电数据是智能电网最重要的特征之一。但是，在对用电数据进行收集和处理的同时，用户隐私泄露问题也随之而来。例如，通过分析某用户在各时间段的用电量，攻击者可以很容易推断出该用户的日常生活习惯。考虑到对所有用户的用电数据进行聚合可以隐藏单个用户的详细用电信息，因此，数据聚合技术已被广泛应用于智能电网中用户用电数据的收集。此外，为了防止单个用户的用电数据在聚合前被窃听，要求智能电表采用合适的加密方法对自己测量到的多维用电数据进行加密，然后再发送给聚合器以便进行聚合。

Bo Lang等人在其发表的论文“Multidimensional data tight aggregation andfine-grained access control in smart grid”(Journal of Information Securityand Applications,2018,40:156-165.公开日期2018.04.16)中提出了一种智能电网中对多维数据进行紧密聚合的数据聚合方法。该方法的主要步骤是：(1)可信机构先分别为每一维用电数据选取解密私钥和生成元，然后再根据每一维用电数据的解密私钥和生成元来生成该维用电数据的加密公钥，最后将各维用电数据的加密公钥和解密私钥分别发送给智能电表和控制中心；(2)智能电表采用加密公钥对用电数据进行加密；(3)聚合器对密态用电数据进行聚合；(4)控制中心采用解密私钥依次对每一维聚合的密态用电数据进行解密，得到所有用户在该维度上的用电数据总和。该方法存在的不足之处是：该方法在选取加密公钥的过程中，可信机构需要分别为每一维用电数据选取一个生成元，并且在解密过程中，控制中心需要分别为每一维聚合用电数据求解一次计算代价极高的离散对数问题，这使得密钥生成和解密过程的效率极低，进而降低了整个数据聚合过程的效率。

国网智能电网研究院在其申请的专利文献“一种智能电网中基于多维数据高效数据聚合方法”(申请号CN201510836157.2，公开号CN105488340A，公布日期2016.04.13)中提出了一种支持多维数据聚合的高效数据聚合方法。该方法的主要步骤是：(1)控制中心选取一个大素数、一个生成元以及一个超速递增向量来作为系统公开参数；(2)第一个智能电表采用系统公开参数对用户用电数据进行加密，然后将密文发送给第二个智能电表(3)第二个智能电表将第一个智能电表发来的密文和自己加密得到的密文进行模乘运算，并将计算结果发送给第三个智能电表，以此类推，直到最后一个智能电表将计算结果发送给控制中心；(4)控制中心依次解密来获得各个维度上的聚合用电数据。该方法存在的不足之处是：智能电表在数据加密过程中需要采用超速递增向量来支持多维数据聚合，导致控制中心在解密过程中需要先计算得到高维度的用电数据，然后才能得到低维度的用电数据，因此，该数据聚合方法不支持对每一维聚合用电数据进行单独解密，由此增加了控制中心的计算负担和数据泄露的风险。

发明内容