[发明专利]一种基于区块链的智能电网轻量级隐私保护数据聚合方法

说明书

本发明公开了一种基于区块链的智能电网轻量级隐私保护数据聚合方法，由可信任的第三方机构生成和分发系统中其他实体的参数信息；根据边缘服务器的属性选择候选节点，筛选主节点轮换顺序并分配参数；智能电表收集用户用电数据并传送给负责该区域的边缘服务器；边缘服务器进行本地数据聚合，将结果上传到主节点；主节点将数据处理后加入区块链；控制中心对区块链中的信息进行数据分析并对系统进行实时调控。边缘服务器可以通过多次聚合数据减少通信开销和计算成本，提前过滤错误数据；数据来源都可追溯、实现了数据的不可篡改性和去中心化管理，具备更强的抵抗攻击能力；在保证高效验证的同时减少了配对操作和冗余的计算过程，减少了资源消耗。

技术领域

本发明涉及一种数据聚合方法，尤其涉及一种基于区块链的智能电网轻量级隐私保护数据聚合方法。

背景技术

边缘计算是一种分布式计算范式，可以在边缘服务器上对本地数据进行预处理，将本地数据保存在网络的边缘，而不是直接将数据传输到控制中心。因此，边缘计算不仅提供低延迟和位置感知，也提高了应用程序的实时处理能力和服务质量。与传统云计算相比，边缘计算极大减少了响应时间和能耗。因此，边缘计算具有广泛的应用，如视频分析、医疗保健、互联汽车、移动大数据分析、智能电网和海洋监测等。以基于边缘计算的智能电网为例，边缘服务器可以从智能电表中收集用户的电量，提交到控制中心进行存储和分析，控制中心可以访问这些数据，及时做出调整电价和配电的决策。然而，由于智能电网的运作环境大多基于边缘计算的场景，由于边缘计算服务模型的复杂性和实时性，以及智能电表的资源约束和多源异构性，传统云计算环境中的数据安全和隐私保护机制大多基于云中心架构，存在计算成本大、通信开销大、分布式管理困难以及数据来源不可信等缺陷，已不再适用于边缘计算，不能完全应用于资源有限的边缘设备上。

发明内容

发明目的：针对上述现有技术存在的缺陷，本发明提供一种基于区块链的智能电网轻量级隐私保护数据聚合方法，使用区块链技术和改进的Paillier加密算法改善边缘计算的数据安全和隐私保护机制。

技术方案：本发明是基于区块链的智能电网轻量级隐私保护数据聚合方法，对于包括智能电表、边缘服务器、控制中心、可信任的第三方机构四个实体的智能电网系统，其步骤如下：

S1：由可信任的第三方机构生成和分发系统中其他实体的参数信息；

S2：根据边缘服务器的硬件配置和网络稳定性指标，从所有边缘服务器中指定候选节点的名单，再由这些候选节点依据自身的状态，筛选出各个时刻负责记账的主节点轮换顺序，再将S1中生成的参数分配给系统中的其余实体；

S3：由智能电表收集用户的用电数据，生成用户报告并传送给负责该区域的边缘服务器；

S4：边缘服务器收集齐该区域的数据后，进行本地数据聚合，将结果上传到主节点；

S5：主节点收集齐数据后，进行全局数据聚合，将结果加入区块中，当区块被验证成功之后，将其加入至区块链；

S6：控制中心周期性的读取区块链中的存储信息并进行数据分析，然后再对系统进行实时调控。

步骤S1包括以下步骤：

S11、生成基于Paillier加密算法的公钥(N,g)和私钥(λ,μ)：

由TA选择安全加密参数k,k₀,l，通过运行gen(k)生成参数(q,P₀,G₁,G₂,e)，再生成两个长度为k₀的素数p₁,q₁,计算N＝p₁q₁，λ＝lcm(p₁-1,q₁-1),定义一个函数L(μ)＝(μ-1)/N，μ＝(L(g^λmod N²))^-1mod N，选择生成元