CN110308691A - 一种泛在电力物联网的多维数据聚合与访问控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种泛在电力物联网的多维数据聚合与访问控制方法。该方法包括以下步骤：由物联网智能终端设备采集多维电力数据；由网关基于同态加密将多维数据聚合成一个数据密文并与控制中心进行数据传输和指令传达；由可信任机构为同态加密提供相应参数并采用密文策略属性加密算法加密每个维度的同态加密私钥得到私钥密文；由控制中心将收集的数据密文与私钥密文存储在云服务器中；数据分析机构、数据用户和控制中心访问已授权维度的数据信息。该方法实现了电力数据的多维数据聚合，保护了用户的隐私安全；利用云存储实现了对电网数据维度级别的访问控制，有效提高了对电网数据存储的安全性和访问控制的可靠性。

Description

一种泛在电力物联网的多维数据聚合与访问控制方法

技术领域

本发明属于智能电网信息安全领域，具体涉及一种泛在电力物联网的多维数据聚合与访问控制方法。

背景技术

智能电网是电力工业发展的方向和趋势。在智能电网与物联网的驱动下，泛在电力物联网得到了迅速的发展。物联网智能终端被大量部署，并应用于发电、输电、配电、用电等多个环节。为了有效地存储和管理各类智能设备产生的大量数据，云物联网的解决方案被提出来了。在云物联网的支持下，各类智能设备产生的大量数据首先由本地前端服务器收集和处理，然后上传存储在云服务器中。云中的数据可以被各类型的数据用户访问。

在泛在电力物联网迅速发展的同时，还面临着一些安全风险和安全挑战。在电力数据采集中，各类智能终端设备包含了用户多维数据信息，然而如何保护多维数据的隐私问题是值得考虑的。而且随着智能电网与物联网的结合，新增了细粒度更高的海量数据，考虑数据存储问题的同时，需要考虑数据的安全性和访问控制问题。

针对上述问题很多文献都给出了相应的解决方案。这些方案对电力数据进行了有效的聚合保护了用户隐私，然而忽略了数据的存储和访问控制问题。或者仅考虑了数据的细粒度访问控制，没有考虑保护用户的数据隐私。还有些方案考虑数据聚合与访问控制的结合，但采集的数据单一，且没有将云物联网应用于智能电网，并且使用的加密算过于陈旧，计算开销和通信开销过大。

因此考虑到泛在电力物联网的数据安全隐私保护和细粒度访问控制问题。本发明提出了一种泛在电力物联网的多维数据聚合与访问控制方案。采用同态加密算法将采集的多维数据进行同态聚合，同时对云存储使用密文策略属性加密算法进行细粒度访问控制。

发明内容

本发明的目的是提出一种泛在电力物联网的多维数据聚合与访问控制方法，以实现泛在电力物联网的多维数据聚合与细粒度访问控制。

本发明所述的一种泛在电力物联网的多维数据聚合与访问控制方法，其特征在于该方法由物联网智能终端设备采集多维电力数据；由网关基于同态加密将多维数据聚合成一个数据密文并与控制中心进行数据传输和指令传达；由可信任机构采用密文策略属性加密算法加密每个维度的同态加密私钥得到私钥密文；由控制中心将收集的数据密文与私钥密文存储在云服务器中；数据分析机构、数据用户和控制中心可以访问已授权维度的数据信息。

具体地说，本发明包括以下步骤：

物联网智能终端设备对电网多维数据进行采集；

网关基于Boneh-Goh-Nissim同态加密将多维数据聚合成一个数据密文并与控制中心进行数据传输和指令传达；

可信任机构为同态加密提供相应参数并采用密文策略属性加密算法（CP-ABE）加密每个维度的同态加密私钥得到私钥密文；

控制中心将收集的数据密文与私钥密文存储在云服务器中；

数据分析机构、数据用户和控制中心可以访问已授权维度的数据信息；

其中，物联网智能终端设备对电网多维数据进行采集包括以下步骤：

智能电表采集家庭局域网中各用电设备的用电数据；

高计量设备与无线传感器网络收集发、输、配电等环节的多维数据；

智能电网、高计量设备、无线传感器网络将采集的多维数据 上传至各建筑网关；

其中，网关基于Boneh-Goh-Nissim同态加密将多维数据聚合成一个数据密文并与控制中心进行数据传输和指令传达包括以下步骤：

可信任机构运行Boneh-Goh-Nissim同态加密的密钥生成算法生成同态加密公共密钥和私钥，其步骤如下：

输入安全参数和；

运行；

输出同态加密公钥和同态加密私钥，其中表示数据维度；

建筑网关基于Boneh-Goh-Nissim同态加密算法加密多维数据，并将数据密文上传至局域网网关，其步骤如下：

根据不同属性集局域网中每个智能设备采集的种类型电力数据为；

输入电力数据和同态加密公钥；

运行同态加密算法；

输出每个智能设备的数据密文；

局域网网关将多维密文数据聚合成一个数据密文，并将数据密文上传至控制中心，其步骤如下：

输入局域网网关接收的每个电力数据密文；

运行数据聚合算法；

输出聚合密文；

局域网网关接收控制中心反馈的控制指令，并将指令传达给建筑局域网网关；

其中，可信任机构采用密文策略属性加密算法（CP-ABE）加密每个维度的同态加密私钥得到私钥密文包括以下步骤：

首先对系统初始化：输入安全参数，其中表示一个随机常量，运行CP-ABE系统初始化算法，输出公共密钥和系统主密钥；

其次生成用户私钥：输入系统主密钥和属性集，运行私钥生成算法，其中输出用户私钥；

最后加密同态加密私钥：输入公共密钥、访问结构和每个维度的同态加密私钥， 运行CP-ABE加密算法，输出对应维度的同态加密私钥密文；

其中，数据分析机构、数据用户和控制中心可以访问已授权维度的数据信息包括以下步骤；

密文策略属性解密：如果属性集满足私钥密文的访问结构，则可以通过私钥来解密同态加密私钥密文，运行CP-ABE解密算法，输出同态加密私钥；

同态解密：输入同态加密私钥、同态加密公钥和聚合密文，运行，输出相应维度的电力数据；

进行维度级别的细粒度访问控制：

数据分析机构访问授权维度，对电力数据进行研究分析；

数据用户被授权访问各自家庭局域网总用电信息与各设备用电信息；

控制中心被授权访问局域网总用电信息，进而发送控制指令给电网各个环节。

本发明为一种泛在电力物联网的多维数据聚合与访问控制方法，该方法采用Boneh-Goh-Nissim同态加密算法进行多维数据聚合，一定程度上保护了多维数据用户的隐私安全，同时引入云计算并使用密文策略属性加密算法（CP-ABE）进行细粒度访问控制，实现了已授权者对多维数据维度级别的细粒度访问，提高了系统效率，减少了用户的计算开。

附图说明

图1是本发明的泛在电力物联网多维数据聚合与访问控制方法系统结构图；

图2是本发明的多维数据聚合与访问控制系统加密解密模型图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细描述，本部分的描述仅是示范性和解释性，不应对本发明的保护范围有任何的限制作用。此外，本领域技术人员根据本文件的描述，可以对本文件中实施例中以及不同实施例中的特征进行相应组合。

图1是本发明的一种泛在电力物联网的多维数据与访问控制方法系统结构图，具体包括以下：

智能电表、高计量设备和无线传感网络等智能终端采集多维电力数据；

网关基于同态加密将多维数据聚合成一个数据密文并与控制中心进行数据传输和指令传达；

可信任机构为同态加密算法生成相应参数并采用密文策略属性加密算法加密每个维度的同态加密私钥得到私钥密文；

控制中心将收集的数据密文与私钥密文存储在云服务器中；

数据分析机构、数据用户和控制中心访问已授权维度的数据信息。

在泛在电力物联网中，电力系统数据采集的范围将大大扩展，各类智能终端设备都提供大量用户多维数据信息，这些数据的传输给智能电网通信带来了很大的压力，同时给用户带来了隐私威胁，进行数据聚合减少通信负荷与保护用户隐私是值得考虑的问题。而且随着智能电网与物联网的结合，新增了细粒度更高的海量数据，面临着数据存储的难题，同时需要考虑在信息共享时，如何保障系统信息安全和访问控制是智能电网通信系统面临的有一个问题。

本实施例为一种泛在电力物联网的多维数据聚合与访问控制方法，通过Boneh-Goh-Nissim同态加密算法进行多维数据聚合，在一定程度上减少了系统通信息负荷，保护了用户多维数据的隐私安全。同时结合了云计算的密文策略属性加密算法（CP-ABE），不仅解决了数据存储的难题，而且还实现了多维数据维度级别的细粒度访问控制。

图2是本发明的多维数据聚合与访问控制系统加密解密模型图。

如图2所示，解释了本发明的数据聚合与访问控制加解密过程，具体包括以下：

A.智能设备采集电力多维数据并上传至建筑网关；

B.建筑网关使用Boneh-Goh-Nissim同态加密算法加密多维数据并将密文上传至局域网网关，包括：

a)可信任机构运行Boneh-Goh-Nissim同态加密的密钥生成算法生成同态加密公共密钥和私钥：

输入安全参数和；

运行；

输出同态加密公钥和同态加密私钥，其中表示数据维度；

b)接收根据不同属性集局域网中每个智能设备采集的种类型电力数据；

c) Boneh-Goh-Nissim加密

输入电力数据和同态加密公钥；

运行同态加密算法；

输出每个智能设备的数据密文；

d)上传数据密文至局域网网关；

C. 局域网网关将多维密文数据聚合成一个数据密文，并将聚合密文上传至控制中心，包括：

a)接收来自建筑物网关上传的n个数据密文；

b)多维数据聚合；

输入局域网网关接收的每个电力数据密文；

运行数据聚合算法；

输出聚合密文；

c)上传聚合密文上传至控制中心；

D. 可信任机构采用密文策略属性加密算法（CP-ABE）加密每个维度的同态加密私钥得到私钥密文，包括：

a)CP-ABE系统初始化：

输入安全参数，其中表示一个随机常量；

运行CP-ABE系统初始化算法；

输出公共密钥和系统主密钥；

b)CP-ABE私钥生成：

输入系统主密钥和属性集；

运行私钥生成算法，其中；

输出用户私钥；

c)CP-ABE加密同态加密私钥：

输入公共密钥、访问结构和每个维度的同态加密私钥；

运行CP-ABE加密算法；

输出对应维度的同态加密私钥密文；

E.数据分析机构、数据用户和控制中心可以访问已授权维度的数据信息，包括：

a)CP-ABE解密：

如果属性集满足私钥密文的访问结构，则可以通过私钥来解密同态加密私钥密文；

运行CP-ABE解密算法；

输出同态加密私钥；

b)同态解密：

输入同态加密私钥、同态加密公钥和聚合密文；

运行；

输出相应维度的电力数据；

c)进行维度级别的细粒度访问控制：

数据分析机构访问授权维度，对电力数据进行研究分析；

数据用户被授权访问各自家庭局域网总用电信息与各设备用电信息；

控制中心被授权访问局域网总用电信息，进而发送控制指令给电网各个环节。

与现有技术相比，本发明上述实施例的优点在于：

本发明为一种泛在电力物联网的多维数据聚合与访问控制方法，该方法采用Boneh-Goh-Nissim同态加密算法进行多维数据聚合，一定程度上保护了多维数据用户的隐私安全，同时引入云计算并使用密文策略属性加密算法（CP-ABE）进行细粒度访问控制，实现了已授权者对多维数据维度级别的细粒度访问，提高了系统效率，减少了用户的计算开销。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由权利要求指出。

应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (1)

1.一种泛在电力物联网的多维数据聚合与访问控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

物联网智能终端设备对电网多维数据进行采集；

网关基于Boneh-Goh-Nissim同态加密将多维数据聚合成一个数据密文并与控制中心进行数据传输和指令传达；

可信任机构为同态加密提供相应参数并采用密文策略属性加密算法（CP-ABE）加密每个维度的同态加密私钥得到私钥密文；

控制中心将收集的数据密文与私钥密文存储在云服务器中；

数据分析机构、数据用户和控制中心可以访问已授权维度的数据信息；

其中，物联网智能终端设备对电网多维数据进行采集包括以下步骤：

智能电表采集家庭局域网中各用电设备的用电数据和总用电数据；

高计量设备与无线传感器网络收集发、输、配电等环节的多维数据；

智能电网、高计量设备、无线传感器网络将采集的多维数据上传至各建筑网关；

其中，网关基于Boneh-Goh-Nissim同态加密将多维数据聚合成一个数据密文并与控制中心进行数据传输和指令传达包括以下步骤：

可信任机构运行Boneh-Goh-Nissim密钥生成算法得到同态加密公共密钥和私钥；

建筑网关基于Boneh-Goh-Nissim同态加密算法加密多维数据，并将密文上传至局域网网关；

局域网网关将多维密文数据聚合成一个数据密文，并上传至控制中心；

局域网网关接收控制中心反馈的控制指令，并将指令传达给建筑网关；

其中，可信任机构采用密文策略属性加密算法（CP-ABE）加密每个维度的同态加密私钥得到私钥密文包括以下步骤：

首先对系统初始化，使用CP-ABE初始化算法生成系统公共密钥和系统主密钥；

其次生成私钥，通过系统公共密钥、系统主密钥和属性集使用CP-ABE私钥生成算法生成私钥；

最后进行数据加密，控制中心通过CP-ABE公共密钥和访问策略，对每个维度的同态加密私钥进行加密，运行CP-ABE加密算法生成对应的同态加密私钥密文；

其中，数据分析机构、数据用户和控制中心可以访问已授权维度的数据信息包括以下步骤；

密文策略属性解密：如果属性集满足私钥密文的访问策略，则可以通过系统公钥、私钥来解密同态加密私钥密文，得到同态加密私钥；

同态解密：通过同态解密私钥解密密文数据；

进行维度级别的细粒度访问控制：

数据分析机构访问授权维度，对电力数据进行研究分析；

数据用户被授权访问各自家庭局域网中各设备用电信息和总用电信息；

控制中心被授权访问局域网总用电信息，进而发送控制指令给电网各个环节。