[发明专利]一种物联通信中多维数据聚合及多函数分析的方法及系统

摘要

本发明公开了一种物联通信中多维数据聚合及多函数分析的方法及系统，由可信权威负责在系统初始化阶段管理和分配系统中所有其他实体的秘密信息，其在系统初始化后，不参与后续的数据处理过程；由物联网感知端的n个感知节点负责收集和汇报时间序列数据；由控制中心负责监测、处理和分析来自于物联网感知端的n个节点的周期性时间序列数据；由网关负责集成并聚合来自于感知端的n个感知节点的数据，并负责在控制中心和各感知节点间进行安全数据转发，具体步骤如下：(1)系统初始化阶段；(2)用户数据汇报阶段；(3)安全数据聚合阶段；(4)聚合数据恢复阶段。本发明方法和系统可显著提升物联网通信系统的普及和高效、安全应用。

主权项

1.一种物联通信中多维数据聚合及多函数分析的方法，其特征在于该方法基于典型的物联网通信系统应用场景，由可信权威负责在系统初始化阶段管理和分配系统中所有其他实体的秘密信息，其在系统初始化后，不参与后续的数据处理过程；由物联网感知端的带有物联网传感器的n个感知节点负责周期性收集和汇报时间序列数据；由系统的核心实体控制中心负责监测、处理和分析来自于物联网感知端的n个节点的周期性时间序列数据；由具有数据聚合功能和中继功能的网关负责集成并聚合来自于感知端的n个感知节点的数据，并负责在控制中心和各感知节点间进行安全数据转发，具体步骤如下：(1)系统初始化阶段1)可信权威根据输入的安全参数k，运行以下算法Gen(k)：随机生成长度为k的安全大素数p和q,并且满足p＝2p′+1，q＝2q′+1，其中p′和q′也为安全大素数；定义λ＝lcm(p‑1,q‑1)＝2p′q′；选择群(其阶的生成元并计算h₁＝g^2qp′q′mod n²，h₂＝g^2pp′q′mod n²，h₃＝g^2pqq′mod n²，h₄＝g^2pqp′mod n²；2)在以上系统参数设定的条件下，具有以下关系：h₁^p＝1mod n²，h₂^q＝1mod n²，h₃^p′＝1mod n²，h₄^q′＝1mod n²；3)可信权威输出系统的公开信息PK＝(n,g,h₁,h₂,h₃,h₄)，以及控制中心的私密信息SK＝(p,q,p′,q′)；(2)用户数据汇报阶段支持四维数据聚合以及二维数据聚合+方差计算2种形式的安全数据统计分析功能；1)四维数据聚合在数据汇报时间点t_γ，用户U_i(其中i＝1,2,…,n)执行以下操作，将数据元组<x_i,y_i,u_i,v_i>汇报给网关：a)计算其中<x_i,y_i,u_i,v_i>为用户的4维度细分汇报数据；b)将C_i发送给网关；2)二维数据聚合+方差计算在数据汇报时间点t_γ，用户U_i(其中i＝1,2,…,n)执行以下操作，将数据元组汇报给网关：a)计算其中<x_i,y_i>为用户的2维度细分汇报数据；b)将C_i发送给网关；(3)安全数据聚合阶段当网关接收到所有的C_i(其中i＝1,2,…,n)以后，执行下面的操作：1)四维数据聚合a)计算b)将C发送给控制中心；2)二维数据聚合+方差计算a)计算b)将C发送给控制中心；(4)聚合数据恢复阶段控制中心接收到C以后，根据其掌握的秘密信息(p,q,p′,q′)，利用Pollard算法，执行以下操作：1)四维数据聚合计算基于(h₁^qp′q′)为底的对数，从而获得用户的聚合数据同理分别计算C^pp′q′，C^pqq′，C^pqp′，从而恢复出和2)二维数据聚合+方差计算计算基于(h₁^qp′q′)为底的对数，从而获得用户的聚合数据同理分别计算C^pp′q′，C^pqq′，C^pqp′，从而恢复出和