[发明专利]一种智能电表的数据安全聚合方法

说明书

本发明提供了一种智能电表的数据安全聚合方法，方法包括以下步骤：构建聚合系统，智能电表节点和聚合器共享相同的伪随机函数参数；根据时间戳信息，节点和聚合器计算得到具有密钥同态性质的加解密密钥；节点对数据进行加密并发送到聚合器；聚合器采用引入新的第三方可信机构消除误差和优化加解密方式减小误差，获得聚合值。本发明有益效果是：利用密钥同态伪随机函数生成密钥，对智能电表的数据进行加密保护，具有同态加密的效果，实现在智能电网场景下，对电表数据进行安全聚合。

技术领域

本发明涉及数据安全传输领域，尤其涉及一种智能电表的数据安全聚合方法。

背景技术

智能电网是建立在高速的，集成的双向通信网络之上，利用先进的传感和测量技术、先进的设备技术、先进的控制方法以及先进的决策支持系统技术等等，在原有的输电网和配电网上进行高度集成化改造，实现电网安全可靠，高效经济的运行。

多层次能耗数据的汇总，是智能电网的一个重要功能，对于监测和预测用电量、网络规划和结算、负荷和资源的分配和平衡、以及管理国发电量和按需定价等具有重要意义。

随着智能电网系统的发展，利用人力资源参与能耗数据收集和聚合的方式和过程越来越少，相反，数据的收集和聚合，越来越趋向于依赖边缘传感器设备和中心数据聚合器节点之间的直接通讯和数据传输。在这样一个过程中，对于传感器节点，即智能电表的数据隐私问题，越来越受到人们的关注。如何实现物联网情景下具有隐私保护功能的数据安全聚合，是一个热点研究问题。

在实际应用中，为了实现数据传输过程中的安全，对数据进行加密是最基本的操作。数据加密为聚合器和智能电表间的交互提供了一定的保障作用。为实现加密数据的正确聚合，同态加密是现有的信息加密方法中较为常见且较为有效的方法。

文章《I have a DREAM！(DiffeRentially privatE smArt Metering)》，提出的智能电网数据聚合方案，需要每个参与聚合的节点分别存储与其余参与聚合节点相关的配对密钥，这将会带来较大的存储开销。

为了解决上诉问题，文章《PPFA:Privacy Preserving Fog-enabled Aggregationin Smart Grid》提出了一种同态加密数据聚合方案。该方法中，每一个智能电表持有一个私有的密钥，可对自身的明文数据进行加密，聚合器掌握参与聚合的电表的和密钥。已知加密方式，聚合器根据掌握的和密钥以及密文信息，可以解密得到数据聚合的明文信息。该方式虽采用了同态加密的方式对数据进行了加密，减少了存储开销。但是在智能电表的应用场景下，数据是数据流的形式，需要随着时间进行多次加密，该方法在连续多个时隙中，没有更换过密钥，攻击者通过对密文相减，就可以得到前后两次用电量之差，从数据隐私安全的角度来说，这不够安全。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本方案提出了一种智能电表的数据安全聚合方法。

本发明提供的一种智能电表的数据安全聚合方法，具体包括以下步骤：

S1：构建聚合系统，聚合系统包括：N个智能电表节点、聚合器和可信第三方机构；

S2：可信第三方机构通过可信信道像智能电表节点和聚合器发送原始密钥k′₁,k′₂,…,k′_N-1,k′_N以及对应的和密钥K′,满足

S3：智能电表节点和聚合器以协商的方式或通过可信第三方机构获取相同的伪随机函数公共参数，并根据该公共参数共享生成一个时间戳信息同步时钟；

S4：在每一轮时隙中，智能电表节点数据被添加分布式噪声；

S5：在每一轮时隙中，智能电表节点根据公共参数，将时间戳信息作为伪随机函数的输入，生成各自的密钥；