CN110650116B - 一种面向安全智能电网的多类型多维数据聚合方法 - Google Patents

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Abstract

本发明一种面向安全智能电网的多类型多维数据聚合方法及系统，由可信权威负责管理和分配系统的秘密信息；由控制中心负责集成、处理和分析用电量数据；由输电中心负责管理传输网络；由配电中心负责管理配电网络；由电力供应商负责提供具有竞争力的电力零售市场；由网关负责连接控制中心和电能消费侧，并聚合用电量；由感知网络负责实时采集用电量数据，并汇报给控制中心，具体步骤包括系统初始化阶段；数据加密阶段；数据聚合阶段；数据重加密与访问控制阶段；数据解密与数据恢复阶段。本发明研究和设计了同时保证通信数据机密性与完整性，保护用户隐私，并对通信源实体身份进行安全认证的多用户多维数据聚合方法。

Description

一种面向安全智能电网的多类型多维数据聚合方法
技术领域
本发明涉及一种面向安全智能电网的多类型多维数据聚合方法及系统。
背景技术
相关学者针对智能电网通信系统隐私保护，提出了多种基于数据聚合的解决方案。在现有数据聚合方案中，中间层需要解密接收到的数据，使用聚合函数对其进行聚合，并在转发之前对聚合结果再次加密。当中间节点不受信任时，这个过程是相当复杂和危险。Castelluccia等人采用同态加密技术，设计了一种可证明安全的加密和聚合方案，实现了在中间节点不解密情况下的加密数据高效聚合，该方案通过在加密操作中扩展数据位，提高了计算和通信效率。 Westhoff等人指出以上方案强制传输加密节点的ID列表会大幅增加每个监控节点的计算开销，并提出了端到端加密密钥预分配方案，其利用对称同态加密技术，提高了数据聚合效率、鲁棒性和灵活性。Shi 等人将用户数据分割成多个部分，然后与其他人协作聚合，以保护用户隐私。Lin等人将超递增序列和扰动技术引入到压缩数据聚集中，该方案适用于加密数据比纯文本空间小得多的情况，其假定在初始化阶段发送方和接收方共享对称密钥。在智能电网中，为成千上万的用户和网关部署和管理数千个密钥，其操作性很低。此外，一旦一些用户在某些时间段内无法报告用电数据，控制中心便无法使用适当的共享密钥恢复数据。这些前期研究工作主要集中在单一维度数据，如何设计安全高效的多用户多维数据聚合方案仍然是一个富有高挑战性的研究课题。(1)首先，在智能电网中，每个用户都有多个维度的用电数据，这些数据类型多样，规模庞大，对各维数据进行同态加密需要大量的计算工作，会大幅增加密文计算及通信代价；(2)其次，可靠性也是非常重要的研究课题，由于智能电网系统涉及很多参与实体，系统结构复杂，并融合了能量流与信息流，因此，不能将现有单维数据聚合方案简单扩展为多用户多维数据聚合方案；(3)再次，智能电网的普及应用，亟需确保参与各方的隐私安全，现有多数方案聚焦保护消费侧用户的用电隐私，而极少研究电力供应零售服务商的隐私安全；(4)最后，智能电网是典型的物理-信息融合系统，现有研究和解决方案未针对物理层电力能量流，信息层数据流以及融合层控制流，进行全盘仿生模拟与算法建模，以满足实际应用需求。因此，缺少适合智能电网多用户多维数据安全高效聚合，同时保护用户隐私，保证通信数据机密性与完整性，并对通信源实体身份进行安全认证的数据聚合方法及应用系统，以确保智能电网信息安全。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明设计的目的在于提供一种面向安全智能电网的多类型多维数据聚合方法及系统。
近年来，随着智能电网概念的提出，其越发普及并被公认为下一代电网系统。传统电网具有集中式单向传输(从发电厂到消费端)的特点。智能电网结合了传统的电网特点和信息控制技术，具有分散式控制和双向传输、高效性特点，并旨在提供改进的可靠性(例如自我修复、自我激活、自动停机管理)、经济性(例如高效发电、输电和配电)、可持续发展力(例如，适应未来可替代能源和可再生能源)、消费者参与性(融合物理空间和网络空间)。引入通信和信息技术的智能电网，网络安全成为最为重要的研究课题。智能电网中传输的所有数据都必须经过身份验证，并防止恶意修改。从用户角度来看，保密性和隐私性是最为关心的问题，因为用电信息可能会泄露他们的生活习惯和作息隐私。例如，一个家庭的日常耗电量异常低，照明和微波炉的持续用电不足，表明房主可能不在家。因此，必须保护此类隐私敏感信息，防止未经授权访问。数据保密性可以通过简单的端到端加密来实现。在隐藏通信内容和保护隐私的同时，数据加密以及高频收集用电信息可能会导致不可接受的通信开销。考虑到运营中心只关注一个区域的整体信息，可在本地网关聚合该区域的所有用户数据，并以紧凑的形式转发给控制中心，以节省通信带宽。现有的数据聚合方案将用电信息视为一维信息。然而，随着泛在智能电表的大量使用，其本质是多维的，例如，包括多种类电能数据、能耗大小、消耗时间以及消耗途径等。考虑适配多维度应用场景时，现有方案必须单独处理每个维度数据。伴随高频、大量、多用户数据采集，现有的数据聚合方案不仅产生了巨大的通信成本，而且给本地网关带来了巨大的处理负担。
本发明通过以下技术方案加以实现：
所述的一种面向安全智能电网的多类型多维数据聚合方法，其特征在于该方法基于智能电网通信系统应用场景，由可信权威负责管理和分配系统中所有其他实体的秘密信息；由控制中心负责集成、处理和分析电能消费侧网络中所有用户的周期性时间序列用电量数据，提供综合、可靠的智能服务；由输电中心管理传输网络，其负责基于电能消费侧不同用户集合的聚合用电量信息，确保电能从各发电站高效输送到各配电站；由配电中心
Figure BDA0002119282230000041
管理配电网络，其负责基于电能消费侧不同用户集合的聚合用电量信息，确保电能从各配电站高效输送到消费侧各用户；由电力供应商：
Figure BDA0002119282230000042
Figure BDA0002119282230000043
负责基于电能消费侧不同用户集合的聚合用电量信息，提供具有竞争力的电力零售市场；由网关连接控制中心和电能消费侧，负责对各用户提交的用电量数据进行聚合以及在各用户和控制中心间转发通信数据；由感知网络：
Figure BDA0002119282230000044
即智能电网电能消费侧的Nu个用户/节点，负责实时采集用电量数据，并通过网关汇报给控制中心，具体步骤如下：
(1)系统初始化阶段
可信权威执行以下操作，进行系统初始化：
1)实体公私钥生成
a)根据输入的系统安全参数ξ1和ξ2，运行ζ(ξ1，ξ2)，生成Paillier 密码系统的公钥：N＝pq和
Figure BDA0002119282230000045
以及私钥：(λ，μ)，其中p和q是 2个大素数，满足|p|＝||q|＝ξ1；
b)系统共有Nu个用户Ui(其中i＝1，2，...Nu)，每个用户支持最多w种不同类型的汇报用电量，即(d1，d2，…，dw)，且每个di＜d(其中d为系统参数，i＝1，2，…，w)；
c)选择超递增序列
Figure BDA0002119282230000051
其中a1，a2，…，aw均为大素数，且满足|ai|≥ξ2(其中i＝2，…，w)，
Figure BDA0002119282230000052
Figure BDA0002119282230000053
和
Figure BDA0002119282230000054
d)计算
Figure BDA0002119282230000055
(其中i＝1，2，…，w)；公开 (N，g，g1，…，gw)作为系统公钥，控制中心保密
Figure BDA0002119282230000056
e)选择大素数q1，满足q1|(p-1)，生成阶为q1的循环群G，且群G上的离散对数问题是困难的(在计算上不可行)，选择群G的生成元
Figure BDA0002119282230000057
f)为每个用户Ui(其中i＝1，2，...Nu)计算和分配公钥Yi及私钥
Figure BDA0002119282230000058
并满足
Figure BDA0002119282230000059
g)随机选择安全哈希函数
Figure BDA00021192822300000510
h)随机选择v维行向量S，其中v＝Nd·Ns，并将S中的元素随机设置为0和1，生成2个系统主密钥，MK1＝{M1，M2，N1，N2，N3，N4}和 MK2＝{X1，X2，Y1，Y2，Y3，Y4}，其中MK1和MK2中的每个元素均为随机选择的v×v可逆矩阵；
2)用户加密密钥生成
可信权威利用MK1为每个用户Ui生成加密密钥：计算Ki＝{Ki1，Ki2，Ki3，Ki4}＝{aiN1，biN2，ciN3，diN4}，其中， ai，bi，ci，di均为随机选取的v×v可逆矩阵，并且满足ai+bi＝M1，ci+di＝M2；
3)重加密密钥生成
可信权威执行以下算法，利用MK1和MK2，为每个配电中心Dj(其中j＝1，2，...Nd)和电力供应商Sk(其中k＝1，2，...Ns)生成重加密密钥，并发送给控制中心；不失一般性，可信权威通过执行以下操作，生成Sk的重加密密钥：
a)生成访问控制二进制向量Qk：对所有对应Sk的二进制位，即对所有的Dj(其中j＝1，2，...Nd)和Sk，设置Qk为1；设置Qk的其它二进制位为0；
b)将Qk拆分成2个向量qk′和qk″：对照S(z)(其中z＝1，2，...v) 中为1的二进制位，随机拆分Qk(z)满足qk′(z)·qk″(z)＝Qk(z)；对照S(z)(其中z＝1，2，...v)中为0的二进制位，随机选择qk′(z)和qk″(z) 中的一个设置为Qk(z)，另一个设置为1；
c)将qk′和qk″分别扩展为2个对角矩阵
Figure BDA0002119282230000061
和
Figure BDA0002119282230000062
d)Sk的重加密和访问控制密钥RKk计算如下：
Figure BDA0002119282230000063
RKk包括8个部分 {RKk1，RKk2，RKk3，RKk4，RKk5，RKk6，RKk7，RKk8}，每个部分均为v×v 的方阵；
e)执行类似的操作，可信权威生成每个Dj的重加密和访问控制密钥RKj，其相对于生成RKk的区别仅仅在于访问控制二进制向量Qj的生成方式：对所有对应Dj的二进制位，即对所有的Sk(其中k＝ 1，2，...Ns)和Dj，设置Qj为1；设置Qj的其它二进制位为0；
f)可信权威将Nd个配电中心和Ns个电力供应商的重加密密钥秘密发送给控制中心；
4)解密密钥生成
可信权威利用MK2为每个配电中心Dj(其中j＝1，2，...Nd)和电力供应商Sk(其中k＝1，2，...Ns)生成解密密钥；不失一般性，可信权威通过执行以下操作，生成Sk的解密密钥：
a)类似Qk，生成解密二进制向量Rk；
b)将Rk拆分成2个向量rk′和rk″：对照S(z)(其中z＝1，2，...v) 中为1的二进制位，随机拆分Rk(z)满足rk′(z)·rk ″(z)＝Rk(z)；对照 S(z)(其中z＝1，2，...v)中为0的二进制位，随机选择rk′(z)和rk ″(z) 中的一个设置为Rk(z)，另一个设置为1；
c)将rk′和rk″分别扩展为2个对角矩阵
Figure BDA0002119282230000072
和
Figure BDA0002119282230000073
d)Sk的解密密钥DKk计算如下：
Figure BDA0002119282230000071
DKk包含4个部分 {DKk1，DKk2，DKk3，DKk4}，每个部分均为v×v的方阵；ek，fk，gk，hk均为v×v的可逆矩阵，且满足ek+fk＝X1 -1和gk+hk＝X2 -1；
e)执行类似的操作，可信权威利用解密二进制向量Rj计算每个Dj的解密密钥DKj；
f)可信权威分别将各解密密钥秘密发送给每个Dj(其中j＝1，2，...Nd)和Sk(其中k＝1，2，...Ns)；
(2)数据加密阶段
在各数据汇报时间点tτ，每个用户Ui(隶属于配电中心Dj和电力供应商Sk)执行以下操作，将w维用电量
Figure BDA0002119282230000081
汇报给网关：
1)构造v维密文数据向量Pi，其对应Dj和Sk的位置设置为w维用电量
Figure BDA0002119282230000082
的密文：
Figure BDA0002119282230000083
(其中
Figure BDA0002119282230000084
为选择的随机数)，Pi的其它位置设置为0；
2)将Pi拆分成2个向量pi′和pi″：对照S(z)(其中z＝1，2，...v) 中为1的二进制位，随机拆分Pi(z)满足pi′(z)·pi″(z)＝Pi(z)；对于S(z) (其中z＝1，2，...v)中为0的二进制位，随机选择pi′(z)和pi″(z)中的一个设置为Pi(z)，另一个设置为1；
3)利用pi′，pi″和加密密钥Ki生成密文Ci＝ [pi′aiN1，pi′biN2，pi″ciN3，pi″diN4]，Ci为4v维行向量；
4)选择
Figure BDA0002119282230000085
计算
Figure BDA0002119282230000086
以及Si＝wi+ xiH(Ci||Ri||Yi||tτ)mod q1；
5)将<Ci，Ri，Si>发送给网关；
(3)数据聚合阶段
网关接受到所有用户的汇报数据密文Ci后，执行以下操作，进行数据聚合和数据源认证，并验证通信数据完整性：
1)计算并检查是否满足
Figure BDA0002119282230000087
从而对接受到的所有用户的汇报数据进行通信完整性检查，并对数据源进行认证；
2)计算所有用户的聚合密文
Figure BDA0002119282230000091
Figure BDA0002119282230000092
Figure BDA0002119282230000093
Cagg为4v维行向量；
(4)数据重加密与访问控制阶段
控制中心执行以下操作，对聚合信息进行重加密操作，并实现访问控制功能，即每个配电中心Dj(其中j＝1，2，...Nd)和电力供应商Sk (其中k＝1，2，...Ns)只能访问各自所属的信息：
1)不失一般性，控制中心利用重加密和访问控制密钥RKk对Cagg进行重加密，生成
Figure BDA0002119282230000094
其中
Figure BDA0002119282230000095
为发送给Sk的所有Dj的聚合密文用电量：
Figure BDA0002119282230000096
其中
Figure BDA0002119282230000097
为4v维行向量；
Figure BDA0002119282230000098
的计算过程如下：
Figure BDA0002119282230000099
Figure BDA00021192822300000910
2)执行类似的操作，得到
Figure BDA00021192822300000911
的其余部分；
(5)数据解密与数据恢复阶段
每个配电中心Dj(其中j＝1，2，...Nd)和电力供应商Sk(其中k＝1，2，...Ns)执行以下操作，对各自接受到的密文进行解密，从而恢复各自所属的w维聚合用电量。不失一般性，Sk利用解密密钥DKk，执行以下操作，对接受到的
Figure BDA0002119282230000101
进行解密，获得
Figure BDA0002119282230000102
1)Sk计算
Figure BDA0002119282230000103
Figure BDA0002119282230000104
2)计算出的v维行向量
Figure BDA0002119282230000105
有Nd个位置的值不为0，这Nd个位置分别对应二维位置序号<Sk，Dj>(其中k固定，j＝1，2，...，Nd)；这Nd个不为0的值分别表示对应二维位置序号<Sk，Dj>(其中k固定，j＝ 1，2，...，Nd)的所有用户的聚合用电量(包含w维用电量数据)密文
Figure BDA0002119282230000106
3)令
Figure BDA0002119282230000107
Figure BDA0002119282230000108
则Rj，k＝gMRN仍然是 Paillier密码系统的密文；
4)Sk与控制中心交互，利用系统密钥(λ，μ)解密获得M，并运行以下【恢复聚合数据算法】，获得Nd·w个聚合用电量
Figure BDA0002119282230000111
Figure BDA0002119282230000112
其分别对应Nd个二维位置序号<Sk，Dj>(其中k固定，j＝1，2，...，Nd)的w 维聚合用电量：
5)【恢复聚合数据算法】(输入：a1，a2，...，al和M，输出： D1，D2，...，Dw)
Figure BDA0002119282230000113
以上算法的关键步骤计算如下：
Figure BDA0002119282230000114
Figure BDA0002119282230000121
所以，
Figure BDA0002119282230000122
Figure BDA0002119282230000123
并且
Figure BDA0002119282230000124
Figure BDA0002119282230000125
同理，可得
Figure BDA0002119282230000126
其中，s＝1，2，...，w-1；
6)Sk通过计算
Figure BDA0002119282230000127
Figure BDA0002119282230000128
获得对应Sk的所有Dj(其中k固定， j＝1，2，...Nd)的各维(总共w维)聚合用电量；
7)Dj执行类似的操作，获得Ns·w个聚合用电量
Figure BDA0002119282230000129
Figure BDA00021192822300001210
其分别对应Ns个二维位置序号<Sk，Dj>(其中j固定，k＝1，2，...，Ns)的w 维聚合用电量；
8)同理，Dj通过计算
Figure BDA00021192822300001211
Figure BDA00021192822300001212
获得对应Dj的所有Sk(其中j固定， k＝1，2，...Ns)的各维(总共w维)聚合用电量；
9)最后，输电中心通过计算
Figure BDA00021192822300001213
Figure BDA0002119282230000131
Figure BDA0002119282230000132
获得所有配电中心Dj(其中j＝ 1，2，...Nd)和电力供应商Sk(其中k＝1，2，...Ns)的各维(总共w维)聚合用电量
Figure BDA0002119282230000133
所述的一种面向安全智能电网的多类型多维数据聚合系统，其特征在于包括：
可信权威：负责管理和分配系统中所有其他实体的秘密信息，其具有超强的计算能力及高可信度；
控制中心：负责集成、处理和分析电能消费侧网络中所有用户的周期性时间序列用电量数据，并提供综合、可靠的智能服务；
输电中心：用于管理传输网络，其负责基于电能消费侧不同用户集合的聚合用电量信息，确保电能从各发电站高效输送到各配电站；
配电中心：
Figure BDA0002119282230000134
用于管理配电网络，其负责基于电能消费侧不同用户集合的聚合用电量信息，确保电能从各配电站高效输送到消费侧各用户；
电力供应商：
Figure BDA0002119282230000135
其负责基于电能消费侧不同用户集合的聚合用电量信息，提供具有竞争力的电力零售市场；
网关：用于连接控制中心和电能消费侧，负责对各用户提交的用电量数据进行聚合以及在各用户和控制中心间转发通信数据；
感知网络：
Figure BDA0002119282230000136
智能电网电能消费侧感知网络中共有Nu个用户/节点，其负责实时采集用电量数据，并通过网关汇报给控制中心。
所述的一种面向安全智能电网的多类型多维数据聚合系统，其特征在于还包括：
(1)系统初始化模块
1)可信权威基于系统安全参数ξ1和ξ2，运行系统初始化算法ζ(ξ1，ξ2)，生成Paillier密码系统的公钥：N＝pq和
Figure BDA0002119282230000141
以及私钥：(λ，μ)的技术，用于支持多用户多维数据聚合的方法；
2)可信权威针对系统中每个用户Ui(其中i＝1，2，...Nu)的w种不同类型的汇报用电量进行数值建模(d1，d2，…，dw)(其中di<d，i＝ 1，2，…，w)的技术，用于基于超递增序列进行多用户多维数据聚合的方法；
3)可信权威生成超递增序列
Figure BDA0002119282230000142
其中a1，a2，…，aw均为大素数，且满足|ai|≥ξ2(其中i＝2，…，w)，
Figure BDA0002119282230000143
Figure BDA0002119282230000144
和
Figure BDA0002119282230000145
的技术，用于基于超递增序列进行多用户多维数据聚合的方法；
4)可信权威针对超递增序列
Figure BDA0002119282230000146
计算
Figure BDA0002119282230000147
Figure BDA0002119282230000148
(其中i＝1，2，…，w)，公开(N，g，g1，…，gw)作为系统公钥，保密
Figure BDA0002119282230000149
作为控制中心秘密信息的技术，用于Nu个用户Ui(其中i＝1，2，...Nu)对w种不同类型的用电量进行安全多维数据汇报的方法；
5)可信权威选择安全大数据q1，满足q1|(p-1)，以及q1阶循环群G和生成元
Figure BDA00021192822300001410
并基于离散对数困难问题，为每个用户Ui(其中i＝1，2，...Nu)计算和分配公钥Yi及私钥
Figure BDA00021192822300001411
满足
Figure BDA00021192822300001412
Figure BDA0002119282230000151
的技术，用于Nu个用户Ui(其中i＝1，2，...Nu)对w种不同类型的用电量进行安全多维数据汇报的方法；
6)可信权威选择并初始化v＝NdNs维行向量S，生成系统主密钥 MK1＝{M1，M2，N1，N2，N3，N4}和MK2＝{X1，X2，Y1，Y2，Y3，Y4}的技术，用于生成用户加密密钥、重加密密钥、解密密钥的方法；
7)可信权威利用系统主密钥MK1为每个用户Ui(其中i＝ 1，2，...Nu)生成加密密钥Ki＝{aiN1，biN2，ciN3，diN4}的技术，用于用户多维聚合数据加密操作的方法；
8)可信权威为每个电力供应商
Figure BDA0002119282230000152
和配电中心
Figure BDA0002119282230000153
生成访问控制二进制向量Qk和Qj、拆分向量qk′、 qk″和qj′、qj″、对角矩阵
Figure BDA0002119282230000154
和
Figure BDA0002119282230000155
的技术，用于生成多维聚合数据重加密和访问控制密钥的方法；
9)可信权威利用系统主密钥MK1和MK2，为每个电力供应商
Figure BDA0002119282230000156
Figure BDA0002119282230000157
和配电中心
Figure BDA0002119282230000158
生成重加密和访问控制密钥RKk和RKj的技术，用于对用户聚合数据进行代理重加密，实现多维聚合数据安全访问控制的方法；
10)可信权威为每个电力供应商
Figure BDA0002119282230000159
和配电中心
Figure BDA00021192822300001510
生成解密二进制向量Rk和Rj、拆分向量rk′、rk″和 rj′、rj″、对角矩阵
Figure BDA00021192822300001511
和
Figure BDA00021192822300001512
的技术，用于生成多维聚合数据解密密钥的方法；
11)可信权威利用系统主密钥MK2，为每个电力供应商
Figure BDA00021192822300001513
Figure BDA00021192822300001514
和配电中心
Figure BDA00021192822300001515
生成解密密钥DKk的技术，用于解密用户聚合重加密数据，实现多维聚合数据安全访问控制的方法；
(2)数据加密模块
1)利用超递增序列、背包理论及同态加密技术，各用户Ui(隶属于配电中心Dj和电力供应商Sk)对w维用户用电量进行多维数据加密
Figure BDA0002119282230000161
的技术，以及构造v维密文数据向量Pi，并将Pi对应Dj和Sk的位置设置为密文
Figure BDA0002119282230000162
Pi的其它位置设置为0的数据访问控制初始化技术，用于智能电网多维多用户数据高效聚合，显著提升数据通信效率，并大幅减小信息处理负荷的方法；
2)借鉴代理签名的思想，对用户汇报密文数据
Figure BDA0002119282230000163
进行轻量级签名的技术：选择
Figure BDA0002119282230000164
计算
Figure BDA0002119282230000165
以及Si＝wi+ xiH3(Ci||Ri||Yi||tτ)mod q1，用于保证通信数据完整性，并对通信源实体身份进行安全认证，确保智能电网通信系统安全的方法；
3)根据v维行向量S(z)(其中z＝1，2，...v)生成拆分向量pi′、pi″的技术，用于智能电网多维多用户数据加密操作的方法；
4)利用pi′，pi″和加密密钥Ki＝{aiN1，biN2，ciN3，diN4}，生成4v维行向量的技术，用于智能电网多维多用户数据加密Ci＝ [pi′aiN1，pi′biN2，pi″ciN3，pi″diN4]的方法；
(3)数据聚合模块
网关对所有用户
Figure BDA0002119282230000166
的汇报密文Ci＝ [pi′aiN1，pi′biN2，pi″ciN3，pi″diN4]进行安全聚合
Figure BDA0002119282230000167
Figure BDA0002119282230000168
Figure BDA0002119282230000171
的技术，用于高效提升智能电网数据通信效率，并大幅减轻计算负荷的方法；
(4)数据重加密与访问控制模块
控制中心利用重加密和访问控制密钥RKk和RKj，对Cagg进行重加密，为每个电力供应商
Figure BDA0002119282230000172
和配电中心
Figure BDA0002119282230000173
Figure BDA0002119282230000174
生成重加密密文
Figure BDA0002119282230000175
和
Figure BDA0002119282230000176
Figure BDA0002119282230000177
的技术，用于对用户聚合数据进行代理重加密，实现智能电网多维多用户数据安全访问控制的方法；
(5)数据解密与数据恢复模块
1)每个电力供应商
Figure BDA0002119282230000178
和配电中心
Figure BDA0002119282230000179
Figure BDA00021192822300001710
利用解密密钥DKk和DKj，对接受到的
Figure BDA00021192822300001711
和
Figure BDA00021192822300001712
进行解密，从而恢复各自所属的w维聚合用电量
Figure BDA00021192822300001713
Figure BDA00021192822300001714
和
Figure BDA00021192822300001715
Figure BDA00021192822300001716
的方法；
2)每个电力供应商
Figure BDA00021192822300001717
和配电中心
Figure BDA00021192822300001718
Figure BDA00021192822300001719
对各自所属的w维聚合用电量进行位置搜寻与信息解析的技术，用于获得对应二维位置序号<Sk，Dj>的所有用户的聚合用电量(包含w维用电量数据)密文
Figure BDA00021192822300001720
Figure BDA00021192822300001721
，即Paillier密码系统密文Rj，k＝g MRN的方法；
3)每个电力供应商
Figure BDA00021192822300001722
和配电中心
Figure BDA00021192822300001723
Figure BDA00021192822300001724
分别与控制中心交互，利用系统解密密钥(λ，μ)恢复Paillier密码系统聚合消息明文M的技术，用于实现多用户多维聚合数据解密、多接受者按需访问控制的方法；
4)利用超递增序列、背包密码理论，设计【恢复聚合数据算法】，每个电力供应商
Figure BDA0002119282230000181
获得Nd组w维聚合用电量
Figure BDA0002119282230000182
Figure BDA0002119282230000183
(其中 k固定，j＝1，2，...，Nd)，以及每个配电中心
Figure BDA0002119282230000184
获得Ns组w维聚合用电量
Figure BDA0002119282230000185
Figure BDA0002119282230000186
(其中 j固定，k＝1，2，...，Ns)的技术，用于实现多用户多维聚合数据解密、多接受者按需访问控制的方法；
5)每个电力供应商
Figure BDA0002119282230000187
计算
Figure BDA0002119282230000188
获得对应Sk的所有Dj(其中k固定，j＝1，2，...Nd)的各维(总共w维)聚合用电量，以及每个配电中心
Figure BDA0002119282230000189
计算
Figure BDA00021192822300001810
Figure BDA00021192822300001811
获得对应Dj的所有Sk(其中j固定， k＝1，2，...Ns)的各维(总共w维)聚合用电量的技术，用于实现多用户多维聚合数据解密、多接受者按需访问控制的方法；
6)输电中心计算
Figure BDA00021192822300001812
Figure BDA00021192822300001813
或者
Figure BDA00021192822300001814
Figure BDA00021192822300001815
的技术，获得所有电力供应商
Figure BDA00021192822300001816
和配电中心
Figure BDA00021192822300001817
的各维(总共w维)聚合用电量
Figure BDA0002119282230000191
的技术，用于确保各接收者只能访问自己的专属数据，实现智能电网多用户多维聚合数据解密、多接受者按需访问控制的方法。
本发明在深入研究和分析已有基于数据聚合的隐私保护技术和研究成果的基础上，实现了一个高效安全的智能电网多用户多维数据聚合方案及应用系统。该发明创新了一种同时保证通信数据机密性与完整性，保护用户隐私，并对通信源实体身份进行安全认证的多维数据聚合方法，以确保智能电网数据汇报、数据通信、数据处理以及数据分析全过程信息安全。主要创新点包括：(1)通过对智能电网实际运行系统建模，将其抽取为控制中心、输电中心、配电中心、电力供应商、安全网关、用户终端等交互实体，设计面向电能供需双方的用户注册、智能合约、现货交易、市场结算、信息发布等实用性信息安全关键算法；(2)通过设计安全智能电网密钥分发与管理、数据加密、信息聚合、数据重加密、访问控制、数据解密、数据恢复等关键算法，对物理-信息融合智能电网系统的物理层电力能量流，信息层数据流以及融合层控制流进行仿生模拟与算法建模，满足实际应用中的安全信息共享与交换；(3)借鉴背包密码理论和同态加密技术，创新了一种基于超递增序列的多维数据加密技术，对智能电网多用户多维用电量数据进行超递增扩展进制表达，支持智能电网多维多用户数据高效聚合，显著提升智能电网数据通信效率，并大幅减小信息处理代价； (4)通过融合同态密码、轻量级类代理签名信息认证、数据访问控制、代理重加密等技术，创新了一种同时保护用户隐私，保证通信数据机密性与完整性，并对通信源实体身份进行安全认证的数据聚合方法，确保智能电网信息安全；(5)基于智能电网用户用电量数值相对较小、类型多样的实际应用需求观察，基于数论代数结构陷门单向秘密信息，对分布式的分散多用户汇报用电量进行数据加密与信息隐藏，有效保护用户用电隐私以及电力供应零售服务商的隐私信息。
说明书附图
图1为本发明系统架构图；
图2为算法框图及数据流图。
具体实施方式
以下结合说明书附图，对本发明做进一步详细说明，并给出具体实施方式。
一种面向安全智能电网的多类型多维数据聚合方法及系统，该方法基于典型的智能电网通信系统应用场景，系统整体架构如图1所示，包含以下7个参与方：可信权威：负责管理和分配系统中所有其他实体的秘密信息，其具有超强的计算能力及高可信度；控制中心：负责集成、处理和分析电能消费侧网络中所有用户的周期性时间序列用电量数据，并提供综合、可靠的智能服务；输电中心：用于管理传输网络，其负责基于电能消费侧不同用户集合的聚合用电量信息，确保电能从各发电站高效输送到各配电站；配电中心：
Figure BDA0002119282230000201
用于管理配电网络，其负责基于电能消费侧不同用户集合的聚合用电量信息，确保电能从各配电站高效输送到消费侧各用户；电力供应商：
Figure BDA0002119282230000202
其负责基于电能消费侧不同用户集合的聚合用电量信息，提供具有竞争力的电力零售市场；网关：用于连接控制中心和电能消费侧，负责对各用户提交的用电量数据进行聚合以及在各用户和控制中心间转发通信数据；感知网络：
Figure BDA0002119282230000211
智能电网电能消费侧感知网络中共有Nu个用户/节点，其负责实时采集用电量数据，并通过网关汇报给控制中心。
该方法具体包括以下步骤：
(1)系统初始化阶段
可信权威执行以下操作，进行系统初始化：
1)实体公私钥生成
a)根据输入的系统安全参数ξ1和ξ2，运行ζ(ξ1，ξ2)，生成Paillier 密码系统的公钥：N＝pq和
Figure BDA0002119282230000212
以及私钥：(λ，μ)，其中p和q是 2个大素数，满足|p|＝||q|＝ξ1；
b)系统共有Nu个用户Ui(其中i＝1，2，...Nu)，每个用户支持最多w种不同类型的汇报用电量，即(d1，d2，…，dw)，且每个di＜d(其中d为系统参数，i＝1，2，…，w)；
c)选择超递增序列
Figure BDA0002119282230000213
其中a1，a2，…，aw均为大素数，且满足|ai|≥ξ2(其中i＝2，…，w)，
Figure BDA0002119282230000214
Figure BDA0002119282230000215
和
Figure BDA0002119282230000216
d)计算
Figure BDA0002119282230000217
(其中i＝1，2，…，w)；公开 (N，g，g1，…，gw)作为系统公钥，控制中心保密
Figure BDA0002119282230000218
e)选择大素数q1，满足q1|(p-1)，生成阶为q1的循环群G，且群G上的离散对数问题是困难的(在计算上不可行)，选择群G的生成元
Figure BDA0002119282230000221
f)为每个用户Ui(其中i＝1，2，...Nu)计算和分配公钥Yi及私钥
Figure BDA0002119282230000222
并满足
Figure BDA0002119282230000223
g)随机选择安全哈希函数
Figure BDA0002119282230000224
h)随机选择v维行向量S，其中v＝Nd·Ns，并将S中的元素随机设置为0和1，生成2个系统主密钥，MK1＝{M1，M2，N1，N2，N3，N4}和 MK2＝{X1，X2，Y1，Y2，Y3，Y4}，其中MK1和MK2中的每个元素均为随机选择的v×v可逆矩阵；
2)用户加密密钥生成
可信权威利用MK1为每个用户Ui生成加密密钥：计算Ki＝{Ki1，Ki2，Kis，Ki4}＝{aiN1，biN2，ciN3，diN4}，其中， ai，bi，ci，di均为随机选取的v×v可逆矩阵，并且满足ai+bi＝M1，ci+di＝M2；
3)重加密密钥生成
可信权威执行以下算法，利用MK1和MK2，为每个配电中心Dj(其中j＝1，2，...Nd)和电力供应商Sk(其中k＝1，2，...Ns)生成重加密密钥，并发送给控制中心。不失一般性，可信权威通过执行以下操作，生成Sk的重加密密钥：
a)生成访问控制二进制向量Qk：对所有对应Sk的二进制位，即对所有的Dj(其中j＝1，2，...Nd)和Sk，设置Qk为1；设置Qk的其它二进制位为0；
b)将Qk拆分成2个向量qk′和qk″：对照S(z)(其中z＝1，2，...v) 中为1的二进制位，随机拆分Qk(z)满足qk′(z)·qk″(z)＝Qk(z)；对照S(z)(其中z＝1，2，...v)中为0的二进制位，随机选择qk′(z)和qk″(z) 中的一个设置为Qk(z)，另一个设置为1；
c)将qk′和qk″分别扩展为2个对角矩阵
Figure BDA0002119282230000231
和
Figure BDA0002119282230000232
d)Sk的重加密和访问控制密钥RKk计算如下：
Figure BDA0002119282230000233
RKk包括8个部分 {RKk1，RKk2，RKk3，RKk4，RKk5，RKk6，RKk7，RKk8}，每个部分均为v×v 的方阵；
e)执行类似的操作，可信权威生成每个Dj的重加密和访问控制密钥RKj，其相对于生成RKk的区别仅仅在于访问控制二进制向量Qj的生成方式：对所有对应Dj的二进制位，即对所有的Sk(其中k＝ 1，2，...Ns)和Dj，设置Qj为1；设置Qj的其它二进制位为0；
f)可信权威将Nd个配电中心和Ns个电力供应商的重加密密钥秘密发送给控制中心；
4)解密密钥生成
可信权威利用MK2为每个配电中心Dj(其中j＝1，2，...Nd)和电力供应商Sk(其中k＝1，2，...Ns)生成解密密钥。不失一般性，可信权威通过执行以下操作，生成Sk的解密密钥：
a)类似Qk，生成解密二进制向量Rk；
b)将Rk拆分成2个向量rk′和rk″：对照S(z)(其中z＝1，2，...v) 中为1的二进制位，随机拆分Rk(z)满足rk′(z)·rk″(z)＝Rk(z)；对照 S(z)(其中z＝1，2，...v)中为0的二进制位，随机选择rk′(z)和rk″(z) 中的一个设置为Rk(z)，另一个设置为1；
c)将rk′和rk″分别扩展为2个对角矩阵
Figure BDA0002119282230000241
和
Figure BDA0002119282230000242
d)Sk的解密密钥DKk计算如下：
Figure BDA0002119282230000243
DKk包含4个部分 {DKk1，DKk2，DKk3，DKk4}，每个部分均为v×v的方阵；ek，fk，gk，hk均为v×v的可逆矩阵，且满足ek+fk＝X1 -1和gk+hk＝X2 -1；
e)执行类似的操作，可信权威利用解密二进制向量Rj计算每个Dj的解密密钥DKj；
f)可信权威分别将各解密密钥秘密发送给每个Dj(其中j＝ 1，2，...Nd)和Sk(其中k＝1，2，...Ns)；
(2)数据加密阶段
在各数据汇报时间点tτ，每个用户Ui(隶属于配电中心Dj和电力供应商Sk)执行以下操作，将w维用电量
Figure BDA0002119282230000244
汇报给网关：
1)构造v维密文数据向量Pi，其对应Dj和Sk的位置设置为w维用电量
Figure BDA0002119282230000245
的密文：
Figure BDA0002119282230000246
(其中
Figure BDA0002119282230000247
为选择的随机数)，Pi的其它位置设置为0；
2)将Pi拆分成2个向量pi′和pi″：对照S(z)(其中z＝1，2，...v) 中为1的二进制位，随机拆分Pi(z)满足pi′(z)·pi″(z)＝Pi(z)；对于S(z) (其中z＝1，2，...v)中为0的二进制位，随机选择pi′(z)和pi″(z)中的一个设置为Pi(z)，另一个设置为1；
3)利用pi′，pi″和加密密钥Ki生成密文Ci＝ [pi′aiN1，pi′biN2，pi″ciN3，pi″diN4]，Ci为4v维行向量；
4)选择
Figure BDA0002119282230000251
计算
Figure BDA0002119282230000252
以及Si＝wi+ xiH(Ci||Ri||Yi||tτ)mod q1；
5)将<Ci，Ri，Si>发送给网关；
(3)数据聚合阶段
网关接受到所有用户的汇报数据密文Ci后，执行以下操作，进行数据聚合和数据源认证，并验证通信数据完整性：
1)计算并检查是否满足
Figure BDA0002119282230000253
从而对接受到的所有用户的汇报数据进行通信完整性检查，并对数据源进行认证；
2)计算所有用户的聚合密文
Figure BDA0002119282230000254
Figure BDA0002119282230000255
Figure BDA0002119282230000256
Cagg为4v维行向量；
(4)数据重加密与访问控制阶段
控制中心执行以下操作，对聚合信息进行重加密操作，并实现访问控制功能，即每个配电中心Dj(其中j＝1，2，...Nd)和电力供应商Sk (其中k＝1，2，...Ns)只能访问各自所属的信息：
1)不失一般性，控制中心利用重加密和访问控制密钥RKk对Cagg进行重加密，生成
Figure BDA0002119282230000261
其中
Figure BDA0002119282230000262
为发送给Sk的所有Dj的聚合密文用电量：
Figure BDA0002119282230000263
其中
Figure BDA0002119282230000264
为4v维行向量；
Figure BDA0002119282230000265
的计算过程如下：
Figure BDA0002119282230000266
Figure BDA0002119282230000267
2)执行类似的操作，得到
Figure BDA0002119282230000268
的其余部分；
(5)数据解密与数据恢复阶段
每个配电中心Dj(其中j＝1，2，...Nd)和电力供应商Sk(其中k＝ 1，2，...Ns)执行以下操作，对各自接受到的密文进行解密，从而恢复各自所属的w维聚合用电量。不失一般性，Sk利用解密密钥DKk，执行以下操作，对接受到的
Figure BDA0002119282230000269
进行解密，获得
Figure BDA00021192822300002610
1)Sk计算
Figure BDA00021192822300002611
Figure BDA00021192822300002612
Figure BDA0002119282230000271
2)计算出的v维行向量
Figure BDA0002119282230000272
有Nd个位置的值不为0，这Nd个位置分别对应二维位置序号<Sk，Dj>(其中k固定，j＝1，2，...，Nd)；这Nd个不为0的值分别表示对应二维位置序号<Sk，Dj>(其中k固定，j＝ 1，2，...，Nd)的所有用户的聚合用电量(包含w维用电量数据)密文
Figure BDA0002119282230000273
3)令
Figure BDA0002119282230000274
Figure BDA0002119282230000275
则Rj，k＝gMRN仍然是 Paillier密码系统的密文；
4)Sk与控制中心交互，利用系统密钥(λ，μ)解密获得M，并运行以下【恢复聚合数据算法】，获得Nd·w个聚合用电量
Figure BDA0002119282230000276
Figure BDA0002119282230000277
其分别对应Nd个二维位置序号<Sk，Dj>(其中k固定，j＝1，2，...，Nd)的w 维聚合用电量：
5)【恢复聚合数据算法】(输入：a1，a2，...，al和M，输出： D1，D2，...，Dw)
Figure BDA0002119282230000278
Figure BDA0002119282230000281
以上算法的关键步骤计算如下：
Figure BDA0002119282230000282
所以，
Figure BDA0002119282230000283
Figure BDA0002119282230000284
并且
Figure BDA0002119282230000285
Figure BDA0002119282230000286
同理，可得
Figure BDA0002119282230000291
其中，s＝1，2，...，w-1；
6)Sk通过计算
Figure BDA0002119282230000292
Figure BDA0002119282230000293
获得对应Sk的所有Dj(其中k固定， j＝1，2，...Nd)的各维(总共w维)聚合用电量；
7)Dj执行类似的操作，获得Ns·w个聚合用电量
Figure BDA0002119282230000294
Figure BDA0002119282230000295
其分别对应Ns个二维位置序号<Sk，Di>(其中j固定，k＝1，2，...，Ns)的w 维聚合用电量；
8)同理，Dj通过计算
Figure BDA0002119282230000296
Figure BDA0002119282230000297
获得对应Dj的所有Sk(其中j固定， k＝1，2，...Ns)的各维(总共w维)聚合用电量；
9)最后，输电中心通过计算
Figure BDA0002119282230000298
Figure BDA0002119282230000299
Figure BDA00021192822300002910
获得所有配电中心Dj(其中j＝ 1，2，...Nd)和电力供应商Sk(其中k＝1，2，...Ns)的各维(总共w维)聚合用电量
Figure BDA00021192822300002911
一种面向安全智能电网的多类型多维数据聚合系统，包括：可信权威：负责管理和分配系统中所有其他实体的秘密信息，其具有超强的计算能力及高可信度；控制中心：负责集成、处理和分析电能消费侧网络中所有用户的周期性时间序列用电量数据，并提供综合、可靠的智能服务；输电中心：用于管理传输网络，其负责基于电能消费侧不同用户集合的聚合用电量信息，确保电能从各发电站高效输送到各配电站；配电中心：
Figure BDA0002119282230000301
用于管理配电网络，其负责基于电能消费侧不同用户集合的聚合用电量信息，确保电能从各配电站高效输送到消费侧各用户；电力供应商：
Figure BDA0002119282230000302
其负责基于电能消费侧不同用户集合的聚合用电量信息，提供具有竞争力的电力零售市场；网关：用于连接控制中心和电能消费侧，负责对各用户提交的用电量数据进行聚合以及在各用户和控制中心间转发通信数据；感知网络：
Figure BDA0002119282230000303
智能电网电能消费侧感知网络中共有Nu个用户/节点，其负责实时采集用电量数据，并通过网关汇报给控制中心。
该系统还包括以下5个模块，算法框图及数据流图如图2所示：
(1)系统初始化模块
1)可信权威基于系统安全参数ξ1和ξ2，运行系统初始化算法ζ(ξ1，ξ2)，生成Paillier密码系统的公钥：N＝pq和
Figure BDA0002119282230000304
以及私钥：(λ，μ)的技术，用于支持多用户多维数据聚合的方法；
2)可信权威针对系统中每个用户Ui(其中i＝1，2，...Nu)的w种不同类型的汇报用电量进行数值建模(d1，d2，…，dw)(其中di＜d，i＝ 1，2，…，w)的技术，用于基于超递增序列进行多用户多维数据聚合的方法；
3)可信权威生成超递增序列
Figure BDA0002119282230000305
其中a1，a2，…，aw均为大素数，且满足|ai|≥ξ2(其中i＝2，…，w)，
Figure BDA0002119282230000306
Figure BDA0002119282230000307
和
Figure BDA0002119282230000308
的技术，用于基于超递增序列进行多用户多维数据聚合的方法；
4)可信权威针对超递增序列
Figure BDA0002119282230000311
计算
Figure BDA0002119282230000312
Figure BDA0002119282230000313
(其中i＝1，2，…，w)，公开(N，g，g1，…，gw)作为系统公钥，保密
Figure BDA0002119282230000314
作为控制中心秘密信息的技术，用于Nu个用户Ui(其中i＝1，2，...Nu)对w种不同类型的用电量进行安全多维数据汇报的方法；
5)可信权威选择安全大数据q1，满足q1|(p-1)，以及q1阶循环群G和生成元
Figure BDA0002119282230000315
并基于离散对数困难问题，为每个用户Ui(其中i＝1，2，...Nu)计算和分配公钥Yi及私钥
Figure BDA0002119282230000316
满足
Figure BDA0002119282230000317
Figure BDA0002119282230000318
的技术，用于Nu个用户Ui(其中i＝1，2，...Nu)对w种不同类型的用电量进行安全多维数据汇报的方法；
6)可信权威选择并初始化v＝NdNs维行向量S，生成系统主密钥 MK1＝{M1，M2，N1，N2，N3，N4}和MK2＝{X1，X2，Y1，Y2，Y3，Y4}的技术，用于生成用户加密密钥、重加密密钥、解密密钥的方法；
7)可信权威利用系统主密钥MK1为每个用户Ui(其中i＝ 1，2，...Nu)生成加密密钥Ki＝{aiN1，biN2，ciN3，diN4}的技术，用于用户多维聚合数据加密操作的方法；
8)可信权威为每个电力供应商
Figure BDA0002119282230000319
和配电中心
Figure BDA00021192822300003110
生成访问控制二进制向量Qk和Qj、拆分向量qk′、 qk″和qj′、qj″、对角矩阵
Figure BDA00021192822300003111
和
Figure BDA00021192822300003112
的技术，用于生成多维聚合数据重加密和访问控制密钥的方法；
9)可信权威利用系统主密钥MK1和MK2，为每个电力供应商
Figure BDA00021192822300003113
Figure BDA0002119282230000321
和配电中心
Figure BDA0002119282230000322
生成重加密和访问控制密钥RKk和RKj的技术，用于对用户聚合数据进行代理重加密，实现多维聚合数据安全访问控制的方法；
10)可信权威为每个电力供应商
Figure BDA0002119282230000323
和配电中心
Figure BDA0002119282230000324
生成解密二进制向量Rk和Rj、拆分向量rk′、rk″和 rj′、rj″、对角矩阵
Figure BDA0002119282230000325
和
Figure BDA0002119282230000326
的技术，用于生成多维聚合数据解密密钥的方法；
11)可信权威利用系统主密钥MK2，为每个电力供应商
Figure BDA0002119282230000327
Figure BDA0002119282230000328
和配电中心
Figure BDA0002119282230000329
生成解密密钥DKk的技术，用于解密用户聚合重加密数据，实现多维聚合数据安全访问控制的方法；
(2)数据加密模块
1)利用超递增序列、背包理论及同态加密技术，各用户Ui(隶属于配电中心Dj和电力供应商Sk)对w维用户用电量进行多维数据加密
Figure BDA00021192822300003210
的技术，以及构造v维密文数据向量Pi，并将Pi对应Dj和Sk的位置设置为密文
Figure BDA00021192822300003211
Pi的其它位置设置为0的数据访问控制初始化技术，用于智能电网多维多用户数据高效聚合，显著提升数据通信效率，并大幅减小信息处理负荷的方法；
2)借鉴代理签名的思想，对用户汇报密文数据
Figure BDA00021192822300003212
进行轻量级签名的技术：选择
Figure BDA00021192822300003213
计算
Figure BDA00021192822300003214
以及Si＝wi+ xiH3(Ci||Ri||Yi||tτ)mod q1，用于保证通信数据完整性，并对通信源实体身份进行安全认证，确保智能电网通信系统安全的方法；
3)根据v维行向量S(z)(其中z＝1，2，...v)生成拆分向量pi′、pi ″的技术，用于智能电网多维多用户数据加密操作的方法；
4)利用pi′，pi″和加密密钥Ki＝{aiN1，biN2，ciN3，diN4}，生成4v维行向量的技术，用于智能电网多维多用户数据加密Ci＝ [pi′aiN1，pi′biN2，pi″ciN3，pi″diN4]的方法；
(3)数据聚合模块
网关对所有用户
Figure BDA0002119282230000331
的汇报密文Ci＝ [pi′aiN1，pi′biN2，pi″ciN3，pi″diN4]进行安全聚合
Figure BDA0002119282230000332
Figure BDA0002119282230000333
Figure BDA0002119282230000334
的技术，用于高效提升智能电网数据通信效率，并大幅减轻计算负荷的方法；
(4)数据重加密与访问控制模块
控制中心利用重加密和访问控制密钥RKk和RKj，对Cagg进行重加密，为每个电力供应商
Figure BDA0002119282230000335
和配电中心
Figure BDA0002119282230000336
Figure BDA0002119282230000337
生成重加密密文
Figure BDA0002119282230000338
和
Figure BDA0002119282230000339
Figure BDA00021192822300003310
的技术，用于对用户聚合数据进行代理重加密，实现智能电网多维多用户数据安全访问控制的方法；
(5)数据解密与数据恢复模块
1)每个电力供应商
Figure BDA00021192822300003311
和配电中心
Figure BDA00021192822300003312
Figure BDA00021192822300003313
利用解密密钥DKk和DKj，对接受到的
Figure BDA00021192822300003314
和
Figure BDA00021192822300003315
进行解密，从而恢复各自所属的w维聚合用电量
Figure BDA00021192822300003316
Figure BDA00021192822300003317
和
Figure BDA00021192822300003318
Figure BDA0002119282230000341
的方法；
2)每个电力供应商
Figure BDA0002119282230000342
和配电中心
Figure BDA0002119282230000343
Figure BDA0002119282230000344
对各自所属的w维聚合用电量进行位置搜寻与信息解析的技术，用于获得对应二维位置序号<Sk，Dj>的所有用户的聚合用电量(包含w维用电量数据)密文
Figure BDA0002119282230000345
Figure BDA0002119282230000346
，即Paillier密码系统密文Rj，k＝gMRN的方法；
3)每个电力供应商
Figure BDA0002119282230000347
和配电中心
Figure BDA0002119282230000348
Figure BDA0002119282230000349
分别与控制中心交互，利用系统解密密钥(λ，μ)恢复 Paillier密码系统聚合消息明文M的技术，用于实现多用户多维聚合数据解密、多接受者按需访问控制的方法；
4)利用超递增序列、背包密码理论，设计【恢复聚合数据算法】，每个电力供应商
Figure BDA00021192822300003410
获得Nd组w维聚合用电量
Figure BDA00021192822300003411
Figure BDA00021192822300003412
(其中 k固定，j＝1，2，...，Nd)，以及每个配电中心
Figure BDA00021192822300003413
获得Ns组w维聚合用电量
Figure BDA00021192822300003414
Figure BDA00021192822300003415
(其中 j固定，k＝1，2，...，Ns)的技术，用于实现多用户多维聚合数据解密、多接受者按需访问控制的方法；
5)每个电力供应商
Figure BDA00021192822300003416
计算
Figure BDA00021192822300003417
获得对应Sk的所有Dj(其中k固定，j＝1，2，...Nd)的各维(总共w维)聚合用电量，以及每个配电中心
Figure BDA0002119282230000351
计算
Figure BDA0002119282230000352
Figure BDA0002119282230000353
获得对应Dj的所有Sk(其中j固定， k＝1，2，...Ns)的各维(总共w维)聚合用电量的技术，用于实现多用户多维聚合数据解密、多接受者按需访问控制的方法；
6)输电中心计算
Figure BDA0002119282230000354
Figure BDA0002119282230000355
或者
Figure BDA0002119282230000356
Figure BDA0002119282230000357
的技术，获得所有电力供应商
Figure BDA0002119282230000358
和配电中心
Figure BDA0002119282230000359
的各维(总共w维)聚合用电量
Figure BDA00021192822300003510
的技术，用于确保各接收者只能访问自己的专属数据，实现智能电网多用户多维聚合数据解密、多接受者按需访问控制的方法。
本发明系统具有以下技术特征：
(1)通过融合同态密码、轻量级类代理签名信息认证、数据访问控制、代理重加密等技术，创新了一种同时保护用户隐私，保证通信数据机密性与完整性，并对通信源实体身份进行安全认证的数据聚合方法，确保智能电网数据汇报、数据通信、数据处理以及数据分析全过程信息安全；
(2)借鉴背包密码理论，创新了一种基于超递增序列的多维数据加密技术，对智能电网多用户多维用电量数据进行超递增扩展进制表达，支持智能电网多维多用户数据高效聚合，显著提升智能电网数据通信效率，并大幅减小具有有限计算资源用户端的信息处理负荷；
(3)基于智能电网用户用电量数值较小(比加密系统的明文空间小很多)、类型多样的实际应用需求观察，将背包理论和同态密码有机结合，基于数论代数结构陷门单向秘密信息，对分布式的分散多用户汇报用电量进行数据加密与信息隐藏，有效保护用户用电隐私以及电力供应零售服务商的隐私信息；
(4)通过对智能电网实际运行系统建模，将其抽取为控制中心、输电中心、配电中心、电力供应商、安全网关、用户终端等交互实体，设计面向用户注册、智能合约、现货交易、市场结算、信息发布等电能供需双方的实用安全关键算法，为平台枢纽型电力市场电费结算，数据处理和相关算法优化，电能市场与辅助服务市场联合出清等智能电网安全运营提供技术支撑；
(5)设计安全智能电网密钥分发与管理(包括实体密钥、加密密钥、重加密密钥、解密密钥)、数据加密、信息聚合、数据重加密、访问控制、数据解密、数据恢复等关键算法，对物理-信息融合智能电网系统的物理层电力能量流，信息层数据流以及融合层控制流进行仿生模拟与算法建模，实现符合实际电力市场应用需求的安全信息共享与交换。

Claims (2)

1.一种面向安全智能电网的多类型多维数据聚合方法，其特征在于该方法基于智能电网通信系统应用场景，由可信权威负责管理和分配系统中所有其他实体的秘密信息；由控制中心负责集成、处理和分析电能消费侧网络中所有用户的周期性时间序列用电量数据，提供综合、可靠的智能服务；由输电中心管理传输网络，其负责基于电能消费侧不同用户集合的聚合用电量信息，确保电能从各发电站高效输送到各配电站；由配电中心
Figure FDA0003181165260000012
管理配电网络，其负责基于电能消费侧不同用户集合的聚合用电量信息，确保电能从各配电站高效输送到消费侧各用户；由电力供应商：
Figure FDA0003181165260000013
Figure FDA0003181165260000014
负责基于电能消费侧不同用户集合的聚合用电量信息，提供具有竞争力的电力零售市场；由网关连接控制中心和电能消费侧，负责对各用户提交的用电量数据进行聚合以及在各用户和控制中心间转发通信数据；由感知网络：
Figure FDA0003181165260000015
即智能电网电能消费侧的Nu个用户/节点，负责实时采集用电量数据，并通过网关汇报给控制中心，具体步骤如下：
(1)系统初始化阶段
可信权威执行以下操作，进行系统初始化：
1)实体公私钥生成
a)根据输入的系统安全参数ξ1和ξ2，运行ζ(ξ1，ξ2)，生成Paillier密码系统的公钥：
Figure FDA0003181165260000011
和
Figure FDA0003181165260000016
以及私钥：(λ，μ)，其中p和q是2个大素数，满足|p|＝|q|＝ξ1；
b)系统共有Nu个用户Ui，其中i＝1，2，...Nu，每个用户支持最多w种不同类型的汇报用电量，即(d1，d2，…，dw)，且每个di＜d，其中d为系统参数，i＝1，2，…，w；
c)选择超递增序列
Figure FDA0003181165260000021
其中a1，a2，…，aw均为大素数，且满足|ai|≥ξ2，其中i＝2，…，w，
Figure FDA0003181165260000022
Figure FDA0003181165260000023
和
Figure FDA0003181165260000024
d)计算
Figure FDA0003181165260000025
其中i＝1，2，…，w；公开(N，g，g1，…，gw)作为系统公钥，控制中心保密
Figure FDA0003181165260000026
e)选择大素数q1，满足q1|(p-1)，生成阶为q1的循环群G，且群G上的离散对数问题是困难的，在计算上不可行，选择群G的生成元
Figure FDA0003181165260000027
f)为每个用户Ui，其中i＝1，2，...Nu，计算和分配公钥Yi及私钥
Figure FDA0003181165260000028
并满足
Figure FDA0003181165260000029
g)随机选择安全哈希函数
Figure FDA00031811652600000210
h)随机选择v维行向量S，其中v＝Nd·Ns，并将S中的元素随机设置为0和1，生成2个系统主密钥，MK1＝{M1，M2，N1，N2，N3，N4}和MK2＝{X1，X2，Y1，Y2，Y3，Y4}，其中MK1和MK2中的每个元素均为随机选择的v×v可逆矩阵；
2)用户加密密钥生成
可信权威利用MK1为每个用户Ui生成加密密钥：
计算Ki＝{Ki1，Ki2，Ki3，Ki4}＝{aiN1，biN2，ciN3，diN4}，其中，ai，bi，ci，di均为随机选取的v×v可逆矩阵，并且满足ai+bi＝M1，ci+di＝M2；
3)重加密密钥生成
可信权威执行以下算法，利用MK1和MK2，为每个配电中心Dj和电力供应商Sk生成重加密密钥，并发送给控制中心；其中j＝1，2，...Nd，k＝1，2，...Ns，不失一般性，可信权威通过执行以下操作，生成Sk的重加密密钥：
a)生成访问控制二进制向量Qk：对所有对应Sk的二进制位，即对所有的Dj，其中j＝1，2，...Nd和Sk，设置Qk为1；设置Qk的其它二进制位为0；
b)将Qk拆分成2个向量qk′和qk″：对照S(z)，其中z＝1，2，...v，中为1的二进制位，随机拆分Qk(z)满足qk′(z)·qk″(z)＝Qk(z)；对照S(z)，其中z＝1，2，...v中为0的二进制位，随机选择qk′(z)和qk″(z)中的一个设置为Qk(z)，另一个设置为1；
c)将qk′和qk″分别扩展为2个对角矩阵
Figure FDA0003181165260000032
和
Figure FDA0003181165260000033
d)Sk的重加密和访问控制密钥RKk计算如下：
Figure FDA0003181165260000031
RKk包括8个部分{RKk1，RKk2，RKk3，RKk4，RKk5，RKk6，RKk7，RKk8}，每个部分均为v×v的方阵；
e)执行类似的操作，可信权威生成每个Dj的重加密和访问控制密钥RKj，其相对于生成RKk的区别仅仅在于访问控制二进制向量Qj的生成方式：对所有对应Dj的二进制位，即对所有的Sk其中k＝1，2，...Ns和Dj，设置Qj为1；设置Qj的其它二进制位为0；
f)可信权威将Nd个配电中心和Ns个电力供应商的重加密密钥秘密发送给控制中心；
4)解密密钥生成
可信权威利用MK2为每个配电中心Dj，其中j＝1，2，...Nd，和电力供应商Sk，其中k＝1，2，...Ns，生成解密密钥；不失一般性，可信权威通过执行以下操作，生成Sk的解密密钥：
a)类似Qk，生成解密二进制向量Rk；
b)将Rk拆分成2个向量rk′和rk″：对照S(z)中为1的二进制位，其中z＝1，2，...v，随机拆分Rk(z)满足rk′(z)·rk″(z)＝Rk(z)；对照S(z)中为0的二进制位，其中z＝1，2，...v，随机选择rk′(z)和rk″(z)中的一个设置为Rk(z)，另一个设置为1；
c)将rk′和rk″分别扩展为2个对角矩阵
Figure FDA0003181165260000042
和
Figure FDA0003181165260000043
d)Sk的解密密钥DKk计算如下：
Figure FDA0003181165260000041
DKk包含4个部分{DKk1，DKk2，DKk3，DKk4}，每个部分均为v×v的方阵；ek，fk，gk，hk均为v×v的可逆矩阵，且满足ek+fk＝X1 -1和gk+hk＝X2 -1；
e)执行类似的操作，可信权威利用解密二进制向量Rj计算每个Dj的解密密钥DKj；
f)可信权威分别将各解密密钥秘密发送给每个Dj和Sk，其中j＝1，2，...Nd，k＝1，2，...Ns；
(2)数据加密阶段
在各数据汇报时间点tτ，每个用户Ui，隶属于配电中心Dj和电力供应商Sk，执行以下操作，将w维用电量
Figure FDA0003181165260000051
汇报给网关：
1)构造v维密文数据向量Pi，其对应Dj和Sk的位置设置为w维用电量
Figure FDA0003181165260000052
的密文：
Figure FDA0003181165260000053
其中
Figure FDA0003181165260000054
为选择的随机数，Pi的其它位置设置为0；
2)将Pi拆分成2个向量pi′和pi″：对照S(z)中为1的二进制位，其中z＝1，2，...v，随机拆分Pi(z)满足pi′(z)·pi″(z)＝Pi(z)；对于S(z)中为0的二进制位，其中z＝1，2，...v，随机选择pi′(z)和pi″(z)中的一个设置为Pi(z)，另一个设置为1；
3)利用pi′，pi″和加密密钥Ki生成密文Ci＝[pi′aiN1，pi′biN2，pi″ciN3，pi″diN4]，Ci为4v维行向量；
4)选择
Figure FDA0003181165260000055
计算
Figure FDA0003181165260000056
以及Si＝wi+xiH(Ci||Ri||Yi||tτ)mod q1；
5)将<Ci，Ri，Si>发送给网关；
(3)数据聚合阶段
网关接受到所有用户的汇报数据密文Ci后，执行以下操作，进行数据聚合和数据源认证，并验证通信数据完整性：
1)计算并检查是否满足
Figure FDA0003181165260000057
从而对接受到的所有用户的汇报数据进行通信完整性检查，并对数据源进行认证；
2)计算所有用户的聚合密文
Figure FDA0003181165260000061
Figure FDA0003181165260000062
Figure FDA0003181165260000063
Cagg为4v维行向量；
(4)数据重加密与访问控制阶段
控制中心执行以下操作，对聚合信息进行重加密操作，并实现访问控制功能，即每个配电中心Dj，其中j＝1，2，...Nd，和电力供应商Sk，其中k＝1，2，...Ns，只能访问各自所属的信息：
1)不失一般性，控制中心利用重加密和访问控制密钥RKk对Cagg进行重加密，生成
Figure FDA0003181165260000064
其中
Figure FDA0003181165260000065
为发送给Sk的所有Dj的聚合密文用电量：
Figure FDA0003181165260000066
其中
Figure FDA0003181165260000067
为4v维行向量；
Figure FDA0003181165260000068
的计算过程如下：
Figure FDA0003181165260000069
Figure FDA00031811652600000610
2)执行类似的操作，得到
Figure FDA00031811652600000611
的其余部分；
(5)数据解密与数据恢复阶段
每个配电中心Dj，其中j＝1，2，...Nd和电力供应商Sk，其中k＝1，2，...Ns，执行以下操作，对各自接受到的密文进行解密，从而恢复各自所属的w维聚合用电量，不失一般性，Sk利用解密密钥DKk，执行以下操作，对接受到的
Figure FDA0003181165260000071
进行解密，获得
Figure FDA0003181165260000072
1)Sk计算
Figure FDA0003181165260000073
Figure FDA0003181165260000074
2)计算出的v维行向量
Figure FDA0003181165260000075
有Nd个位置的值不为0，这Nd个位置分别对应二维位置序号<Sk，Dj>，其中k固定，j＝1，2，...，Nd；这Nd个不为0的值分别表示对应二维位置序号<Sk，Dj>，其中k固定，j＝1，2，...，Nd，的所有用户的聚合用电量，包含w维用电量数据，密文
Figure FDA0003181165260000076
3)令
Figure FDA0003181165260000077
Figure FDA0003181165260000078
则
Figure FDA0003181165260000079
仍然是Paillier密码系统的密文；
4)Sk与控制中心交互，利用系统密钥(λ，μ)解密获得M，并运行以下恢复聚合数据算法，获得Nd·w个聚合用电量
Figure FDA0003181165260000081
Figure FDA0003181165260000082
其分别对应Nd个二维位置序号<Sk，Dj>，其中k固定，j＝1，2，...，Nd，的w维聚合用电量：
5)恢复聚合数据算法，输入：a1，a2，...，al和M，输出：D1，D2，...，DwProcedure聚合数据恢复
令Xw＝M
For s＝w downto 2 do
Xs-1＝Xs mod as
Figure FDA0003181165260000083
End For
Figure FDA0003181165260000084
Return(D1，D2，...，Dw)
End Procedure
以上算法的关键步骤计算如下：
Figure FDA0003181165260000085
Figure FDA0003181165260000091
所以，
Figure FDA0003181165260000092
Figure FDA0003181165260000093
并且
Figure FDA0003181165260000094
Figure FDA0003181165260000095
同理，可得
Figure FDA0003181165260000096
其中，s＝1，2，...，w-1；
6)Sk通过计算
Figure FDA0003181165260000097
Figure FDA0003181165260000098
获得对应Sk的所有Dj，其中k固定，j＝1，2，...Nd的各维聚合用电量，总共w维；
7)Dj执行类似的操作，获得Ns·w个聚合用电量
Figure FDA0003181165260000099
Figure FDA00031811652600000910
其分别对应Ns个二维位置序号<Sk，Dj>，其中j固定，k＝1，2，...，Ns，的w维聚合用电量；
8)同理，Dj通过计算
Figure FDA00031811652600000911
Figure FDA00031811652600000912
获得对应Dj的所有Sk，其中j固定，k＝1，2，...Ns，的各维聚合用电量，总共w维；
9)最后，输电中心通过计算
Figure FDA00031811652600000913
Figure FDA0003181165260000101
Figure FDA0003181165260000102
获得所有配电中心Dj，其中j＝1，2，...Nd，和电力供应商Sk，其中k＝1，2，...Ns，的各维，总共w维，聚合用电量
Figure FDA0003181165260000103
其中，聚合系统包括
可信权威：负责管理和分配系统中所有其他实体的秘密信息，其具有超强的计算能力及高可信度；
控制中心：负责集成、处理和分析电能消费侧网络中所有用户的周期性时间序列用电量数据，并提供综合、可靠的智能服务；
输电中心：用于管理传输网络，其负责基于电能消费侧不同用户集合的聚合用电量信息，确保电能从各发电站高效输送到各配电站；
配电中心：
Figure FDA0003181165260000104
用于管理配电网络，其负责基于电能消费侧不同用户集合的聚合用电量信息，确保电能从各配电站高效输送到消费侧各用户；
电力供应商：
Figure FDA0003181165260000105
其负责基于电能消费侧不同用户集合的聚合用电量信息，提供具有竞争力的电力零售市场；
网关：用于连接控制中心和电能消费侧，负责对各用户提交的用电量数据进行聚合以及在各用户和控制中心间转发通信数据；
感知网络：
Figure FDA0003181165260000106
智能电网电能消费侧感知网络中共有Nu个用户/节点，其负责实时采集用电量数据，并通过网关汇报给控制中心。
2.如权利要求1所述的一种面向安全智能电网的多类型多维数据聚合方法，其特征在于聚合系统还包括：
(1)系统初始化模块
1)可信权威基于系统安全参数ξ1和ξ2，运行系统初始化算法ζ(ξ1，ξ2)，生成Paillier密码系统的公钥：N＝pq和
Figure FDA0003181165260000111
以及私钥：(λ，μ)的技术，用于支持多用户多维数据聚合的方法；
2)可信权威针对系统中每个用户Ui的w种不同类型的汇报用电量进行数值建模(d1，d2，…，dw)的技术，其中i＝1，2，...Nu，di＜d，i＝1，2，…，w，用于基于超递增序列进行多用户多维数据聚合的方法；
3)可信权威生成超递增序列
Figure FDA0003181165260000112
其中a1，a2，…，aw均为大素数，且满足|ai|≥ξ2，其中i＝2，…，w，
Figure FDA0003181165260000113
Figure FDA0003181165260000114
和
Figure FDA0003181165260000115
的技术，用于基于超递增序列进行多用户多维数据聚合的方法；
4)可信权威针对超递增序列
Figure FDA0003181165260000116
计算
Figure FDA0003181165260000117
Figure FDA0003181165260000118
其中i＝1，2，…，w，公开(N，g，g1，…，gw)作为系统公钥，保密
Figure FDA0003181165260000119
作为控制中心秘密信息的技术，用于Nu个用户Ui，其中i＝1，2，...Nu对w种不同类型的用电量进行安全多维数据汇报的方法；
5)可信权威选择安全大数据q1，满足q1|(p-1)，以及q1阶循环群G和生成元
Figure FDA00031811652600001110
并基于离散对数困难问题，为每个用户Ui，其中i＝1，2，...Nu，计算和分配公钥Yi及私钥
Figure FDA00031811652600001111
满足
Figure FDA00031811652600001112
Figure FDA00031811652600001113
的技术，用于Nu个用户Ui，其中i＝1，2，...Nu，对w种不同类型的用电量进行安全多维数据汇报的方法；
6)可信权威选择并初始化v＝NdNs维行向量S，生成系统主密钥MK1＝{M1，M2，N1，N2，N3，N4}和MK2＝{X1，X2，Y1，Y2，Y3，Y4}的技术，用于生成用户加密密钥、重加密密钥、解密密钥的方法；
7)可信权威利用系统主密钥MK1为每个用户Uj，其中i＝1，2，...Nu生成加密密钥Ki＝{aiN1，biN2，ciN3，diN4}的技术，用于用户多维聚合数据加密操作的方法；
8)可信权威为每个电力供应商
Figure FDA0003181165260000121
和配电中心
Figure FDA0003181165260000122
生成访问控制二进制向量Qk和Qj、拆分向量qk′、qk″和qj′、qj″、对角矩阵
Figure FDA0003181165260000123
和
Figure FDA0003181165260000124
的技术，用于生成多维聚合数据重加密和访问控制密钥的方法；
9)可信权威利用系统主密钥MK1和MK2，为每个电力供应商
Figure FDA0003181165260000125
Figure FDA0003181165260000126
和配电中心
Figure FDA0003181165260000127
生成重加密和访问控制密钥RKk和RKj的技术，用于对用户聚合数据进行代理重加密，实现多维聚合数据安全访问控制的方法；
10)可信权威为每个电力供应商
Figure FDA0003181165260000128
和配电中心
Figure FDA0003181165260000129
生成解密二进制向量Rk和Rj、拆分向量rk′、rk″和rj′、rj″、对角矩阵
Figure FDA00031811652600001210
和
Figure FDA00031811652600001211
的技术，用于生成多维聚合数据解密密钥的方法；
11)可信权威利用系统主密钥MK2，为每个电力供应商
Figure FDA00031811652600001212
Figure FDA00031811652600001213
和配电中心
Figure FDA00031811652600001214
生成解密密钥DKk的技术，用于解密用户聚合重加密数据，实现多维聚合数据安全访问控制的方法；
(2)数据加密模块
1)利用超递增序列、背包理论及同态加密技术，各用户Ui，隶属于配电中心Dj和电力供应商Sk，对w维用户用电量进行多维数据加密
Figure FDA0003181165260000131
的技术，以及构造v维密文数据向量Pi，并将Pi对应Dj和Sk的位置设置为密文
Figure FDA0003181165260000132
Pi的其它位置设置为0的数据访问控制初始化技术，用于智能电网多维多用户数据高效聚合，显著提升数据通信效率，并大幅减小信息处理负荷的方法；
2)借鉴代理签名的思想，对用户汇报密文数据
Figure FDA0003181165260000133
进行轻量级签名的技术：选择
Figure FDA0003181165260000134
计算
Figure FDA0003181165260000139
以及Si＝wi+xiH3(Ci||Ri||Yi||tτ)mod q1，用于保证通信数据完整性，并对通信源实体身份进行安全认证，确保智能电网通信系统安全的方法；
3)根据v维行向量S(z)，其中z＝1，2，...v，生成拆分向量pi′、pi″的技术，用于智能电网多维多用户数据加密操作的方法；
4)利用pi′，pi″和加密密钥Ki＝{aiN1，biN2，ciN3，diN4}，生成4v维行向量的技术，用于智能电网多维多用户数据加密Ci＝[pi′aiN1，pi′biN2，pi″ciN3，pi″diN4]的方法；
(3)数据聚合模块
网关对所有用户
Figure FDA0003181165260000135
的汇报密文Ci＝[pi′aiN1，pi′biN2，pi″ciN3，pi″diN4]进行安全聚合
Figure FDA0003181165260000136
Figure FDA0003181165260000137
Figure FDA0003181165260000138
的技术，用于高效提升智能电网数据通信效率，并大幅减轻计算负荷的方法；
(4)数据重加密与访问控制模块
控制中心利用重加密和访问控制密钥RKk和RKj，对Cagg进行重加密，为每个电力供应商
Figure FDA0003181165260000141
和配电中心
Figure FDA0003181165260000142
Figure FDA0003181165260000143
生成重加密密文
Figure FDA0003181165260000144
和
Figure FDA00031811652600001425
Figure FDA0003181165260000146
的技术，用于对用户聚合数据进行代理重加密，实现智能电网多维多用户数据安全访问控制的方法；
(5)数据解密与数据恢复模块
1)每个电力供应商
Figure FDA0003181165260000147
和配电中心
Figure FDA0003181165260000148
Figure FDA0003181165260000149
利用解密密钥DKk和DKj，对接受到的
Figure FDA00031811652600001410
和
Figure FDA00031811652600001411
进行解密，从而恢复各自所属的w维聚合用电量
Figure FDA00031811652600001412
Figure FDA00031811652600001413
和
Figure FDA00031811652600001414
Figure FDA00031811652600001415
的方法；
2)每个电力供应商
Figure FDA00031811652600001416
和配电中心
Figure FDA00031811652600001417
Figure FDA00031811652600001418
对各自所属的w维聚合用电量进行位置搜寻与信息解析的技术，用于获得对应二维位置序号<Sk，Dj>的所有用户的聚合用电量，包含w维用电量数据，密文
Figure FDA00031811652600001419
Figure FDA00031811652600001420
Figure FDA00031811652600001426
即Paillier密码系统密文
Figure FDA00031811652600001421
的方法；
3)每个电力供应商
Figure FDA00031811652600001422
和配电中心
Figure FDA00031811652600001423
Figure FDA00031811652600001424
分别与控制中心交互，利用系统解密密(λ，μ)恢复Paillier密码系统聚合消息明文M的技术，用于实现多用户多维聚合数据解密、多接受者按需访问控制的方法；
4)利用超递增序列、背包密码理论，设计恢复聚合数据算法，每个电力供应商
Figure FDA0003181165260000151
获得Nd组w维聚合用电量
Figure FDA0003181165260000152
Figure FDA0003181165260000153
其中k固定，j＝1，2，...，Nd，以及每个配电中心
Figure FDA00031811652600001519
获得Ns组w维聚合用电量
Figure FDA0003181165260000155
Figure FDA0003181165260000156
其中j固定，k＝1，2，...，Ns的技术，用于实现多用户多维聚合数据解密、多接受者按需访问控制的方法；
5)每个电力供应商
Figure FDA0003181165260000157
计算
Figure FDA0003181165260000158
获得对应Sk的所有Dj，其中k固定，j＝1，2，...Nd，的各维聚合用电量，总共w维，以及每个配电中心
Figure FDA0003181165260000159
计算
Figure FDA00031811652600001510
Figure FDA00031811652600001511
获得对应Dj的所有Sk，其中j固定，k＝1，2，...Ns的各维聚合用电量的技术，总共w维，用于实现多用户多维聚合数据解密、多接受者按需访问控制的方法；
6)输电中心计算
Figure FDA00031811652600001512
Figure FDA00031811652600001513
或者
Figure FDA00031811652600001514
Figure FDA00031811652600001515
的技术，获得所有电力供应商
Figure FDA00031811652600001516
和配电中心
Figure FDA00031811652600001517
的各维聚合用电量
Figure FDA00031811652600001518
的技术，总共w维，用于确保各接收者只能访问自己的专属数据，实现智能电网多用户多维聚合数据解密、多接受者按需访问控制的方法。
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