[发明专利]一种隐私保护的多社区多维用户电量聚合系统及方法

摘要

本发明公开了一种隐私保护的多社区多维用户电量聚合系统及方法，系统具有二级网关结构，具体包括控制中心CC、区域网关AGW、社域网关RAGW、家域网HAN；方法包括六个部分：系统初始化，用户报告生成，具有隐私保护的单社区多维用户用电量聚合，具有隐私保护的多社区多维用户用电量聚合，响应的生成，响应的接收。本发明在确保用户隐私不被泄露的情况下使得CC可以获得每个社区的每个维度的用电总量，从而可以获得多个社区或者整个地区的每个维度的用电总量，使得CC可以对用户电量进行灵活全面的分析，实现了对智能电网用电需求的灵活监控和灵活响应，具有很高的实用性。

主权项

1.一种隐私保护的多社区多维用户电量聚合方法，应用于隐私保护的多社区多维用户电量聚合系统中；假设区域内有m个社区，一个社区内有n个用户，每个用户的用电信息是一个l维数据；所述的系统具有二级网关结构，具体包括控制中心CC、区域网关AGW、社域网关RAGW和家域网HAN；所述的家域网HAN由部署在某个用户家中的智能电表和智能设备组成，用于实时采集该用户的多维用电数据；所述的社域网关RAGW通过WiFi与社区中的n个家域网HAN进行双向通信，家域网HAN利用WiFi将加密后的多维用户电量发送给社域网关RAGW，社域网关RAGW通过它与家域网HAN之间的WiFi连接将响应转发给家域网HAN；所述的区域网关AGW通过有线网络与区域内的m个社域网关RAGW进行双向通信，社域网关RAGW利用有线网络将单社区多维聚合电量发送给区域网关AGW，区域网关AGW利用有线网络将响应转发给社域网关RAGW；所述的控制中心CC将针对某个社区某些维度或全部维度的用电量、或者某几个社区的某些维度或全部维度的用电量、或者整个区域的某些维度或全部维度的用电量进行用电调控；所述的控制中心CC利用通过有线网络与区域网关AGW进行双向通信，区域网关AGW利用有线网络将多社区多维聚合电量发送给控制中心CC，控制中心CC利用有线网络将响应发送给区域网关AGW；其特征在于，所述方法包括以下步骤：步骤1：系统初始化；具体实现包括以下子步骤：步骤1.1：控制中心CC根据安全参数生成系统参数、主密钥，基于超递增序列和霍纳法则生成聚合参数；步骤1.2：区域网关AGW完成系统注册，生成自己的私钥和公钥；步骤1.3：社域网关RAGW完成系统注册，生成自己的私钥和公钥；步骤1.4：用户完成系统注册，生成自己的私钥和公钥，向控制中心CC发生注册请求，控制中心CC向其返回认证密钥、聚合参数和加密参数；步骤2：用户报告生成；具体实现包括以下子步骤：步骤2.1：用户定期通过智能电表收集自己的l维用电量；步骤2.2：用户利用同态加密算法对其进行加密，形成密文；步骤2.3：用户用自己的私钥进行基于身份的签名；步骤2.4：用户把签名信息与签名封装成用户报告发送给社域网关RAGW；步骤3：具有隐私保护的单社区多维用户电量聚合；具体实现包括以下子步骤：步骤3.1：社域网关RAGW对收到的n份社区用户报告进行批验证；步骤3.2：如果验证通过，那么社域网关RAGW对本社区的n份密文实施聚合操作，得到单社区多维用户电量聚合密文；步骤3.3：社域网关RAGW用自己的私钥对由单社区聚合密文、社域网关身份信息、区域网关身份信息和时戳构成的串进行签名；步骤3.4：社域网关RAGW把签名信息与签名封装成聚合数据发送给区域网关AGW；步骤4：具有隐私保护的多社区多维用户电量聚合；具体实现包括以下子步骤：步骤4.1：区域网关AGW对收到的m份聚合数据进行验证；步骤4.2：如果验证通过，那么区域网关AGW从m份聚合数据中提取m份单社区多维用户电量聚合密文，对m份单社区多维用户电量聚合密文实施二次聚合操作，得到多社区多维用户电量聚合密文；步骤4.3：区域网关AGW用自己的私钥对由二次聚合密文、区域网关身份信息、控制中心身份信息和时戳构成的串进行签名；步骤4.4：区域网关AGW把签名信息与签名封装成粗粒度聚合数据发送给控制中心CC；步骤5：响应的生成；具体实现包括以下子步骤：步骤5.1：控制中心CC对收到的二次聚合数据进行验证；步骤5.2：如果验证通过，控制中心CC从二次聚合数据中提取二次聚合密文，利用同态解密算法对二次聚合密文进行解密得到解密数据；步骤5.3：控制中心CC利用超递增序列的性质和霍纳法则对解密数据进行解析，得到每个社区每个维度的用电总量；步骤5.4：控制中心CC对每个社区的每个维度的用电总量或者某些社区的每个维度的用电总量或者整个区域的每个维度的用电总量进行分析，根据分析结果生成用于针对某些社区或整个区域的某些维度或所有维度的用电量进行用电调控的响应包；步骤5.5：控制中心CC将响应包判发送给区域网关AGW；步骤6：响应的接收；具体实现包括以下子步骤：步骤6.1：区域网关AGW对响应包进行验证；步骤6.2：如果验证通过，则区域网关AGW对响应包进行重装；步骤6.3：区域网关AGW将重装后的响应包发送给所有社域网关RAGW；步骤6.4：社域网关RAGW对响应包进行验证；步骤6.5：如果验证通过，则社域网关RAGW判断自己是否属于这次电量调控的地域范围；步骤6.6：如果该社域网关RAGW位于调控的地域范围，则将调控密文广播给本社区范围内的所有用户；步骤6.7：用户利用自己的认证密钥对响应进行解析得到相应的控制信息，该控制信息告诉用户需要对哪些维度的用户电量进行调控，以及如何分别对这些维度的用户电量进行调控。