CN111131148A - 一种面向智能电网的可保护隐私数据聚合方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明请求保护一种面向智能电网的隐私保护数据聚合方法及系统,可以实现保护单个用户数据隐私不被泄露,并且聚合一定区域内的数据之和,只有控制中心可以读取聚合结果。包括:系统初始化步骤、用户注册步骤、加密数据生成步骤、数据聚合步骤、数据解密步骤;本发明中智能电表与聚合器协商会话密钥,并且使用基于椭圆曲线的BGN加密算法对数据进行加密。本发明不依赖可信第三方,系统在智能电表缺失时依旧可以正常运行,具有更好的可靠性,且用户的身份是匿名的,攻击者无法获取用户的真实身份。本发明提高了计算效率,并且满足机密性、完整性、可认证等相应的安全需求,是可证明安全的。

Description

一种面向智能电网的可保护隐私数据聚合方法及系统
技术领域
本发明属于信息安全技术及智能电网技术领域,是一种涉及隐私保护数据聚合的方法,可用于智能电网中的保护隐私的数据聚合。
背景技术
智能电网是使用信息和通信技术进行高效、可靠、安全地传输电力的现代化网络。“Grid 2030”中的定义是:“一个全自动的电力传输网络,它可以实现在发电厂和设备之间的双向的能量和信息流动。”智能电网主要由七个部分组成:批量发电领域、电力传输领域、电力分配领域、客户领域、电力市场领域、服务供应商领域和运营中心领域。通过收集电力的消耗情况,智能电网可以适当地调整发电与配电,从而减少电力消耗、节约能源成本。
智能电表部署在用户端,能够精确记录用户的用电量数据。它定期报告信息给控制中心以进行处理和分析,例如,每15分钟一次。由于智能电表和控制中心之间的双向通信,攻击者可以窃听通信信道以获取用户的信息。用户的用电量数据与隐私信息相关联,因此攻击者可以根据用户的生活习惯实施犯罪活动。攻击者也可能会篡改用户的用电量数据,造成服务供应商的经济损失。因此,隐私保护是一个非常重要的问题。
隐私保护数据聚合可以实现在收集用电量数据过程中的数据聚合和隐私保护。隐私保护数据聚合的目标是收集区域内用户的用电量数据之和并且保护单个用户的隐私。
在本发明中,提出了一个基于BGN密码体制的可靠的隐私保护数据聚合方法。方法的主要贡献包括:
1)系统不依赖于可信任第三方;
2)系统的可靠性是鲁棒的,系统在任何智能电表缺失时依旧可以正常工作;
3)用户的身份是匿名的,攻击者无法获取用户的真实身份。
发明内容
本发明旨在解决以上现有技术的问题。提出了一种不依赖可信第三方的面向智能电网的可保护隐私数据聚合方法及系统。本发明的技术方案如下:
一种面向智能电网的可保护隐私数据聚合方法,其包括以下步骤:
101、系统初始化步骤:首先,智能电表SMi、聚合器AGG和控制中心CC分别生成签名相关的私钥和公钥。其次,智能电表SMi、聚合器AGG和控制中心CC分别生成加密相关的私钥和公钥;
102、用户注册步骤:智能电表SMi向聚合器AGG注册以成为系统中合法的智能电表。首先,SMi计算自己的假名和相关数据发送给AGG;其次,AGG通过使用SMi的假名和相关数据可以计算恢复出SMi的真实身份标识,并且验证SMi发送的消息中所有数据的真实性和完整性;然后,SMi和AGG进行多次通信,AGG最终可以验证SMi是否是合法用户,同时,SMi和AGG协商出一个会话密钥用于之后的数据加密步骤;
103、数据生成的步骤:智能电表SMi生成加密数据和签名。SMi以基于椭圆曲线的BGN算法作为加密算法,使用系统公钥和会话密钥对明文进行加密,并使用BLS短签名算法生成自己的签名,最后发送密文和签名等消息给AGG;
104、数据聚合的步骤:在接收到SMi发送的消息之后,AGG验证SMi的签名,签名验证成功后,AGG对加密数据进行部分解密,计算最终聚合密文和自己的签名,并发送最终聚合密文和签名等消息给CC;
105、数据解密的步骤:在接收到AGG发送的消息之后,CC验证AGG的签名,签名验证成功后,CC使用私钥解密最终聚合密文获取聚合明文。
进一步的,所述步骤102智能电表SMi向聚合器AGG注册的步骤具体包括:
1)首先,SMi使用自己的身份标识IDi、随机数
Figure BDA0002267522300000021
和AGG的公钥YA生成SMi的假名
Figure BDA0002267522300000022
其中H1是一个将字符串映射到范围为1到(n-1)的整数的哈希函数
Figure BDA0002267522300000023
其次,SMi根据随机数ri生成公钥Ri=riG1。然后,SMi使用身份标识IDi、假名AIDi和公钥Ri生成消息摘要e1=H1(AIDi||IDi||Ri)。最后,SMi将消息{AIDi,Ri,e1}发送给AGG;
2)AGG首先使用接收到的假名AIDi、公钥Ri和自己的私钥yA计算恢复出SMi的身份标识
Figure BDA0002267522300000031
其次使用计算出的IDi,接收到的AIDi和Ri计算新的消息摘要e2=H1(AIDi||IDi||Ri),然后验证e1和e2是否相等。如果相等,说明SMi是合法的用户,AGG保存{IDi,AIDi}并继续进行通信;否则,AGG终止通信。
3)AGG选择随机数
Figure BDA0002267522300000032
生成公钥Ri'=ri'G1,并发送Ri'给SMi
4)SMi使用自己的公钥Ri和接收到的公钥Ri'计算公钥Wi=Ri+Ri',使用身份标识IDi和公钥Wi计算哈希值αi=H1(IDi,Wi),并使用自己的私钥ki、ri和哈希值αi计算随机值βi=ki+riαi,最后将βi发送给AGG。
5)AGG使用自己的公钥Ri'和接收到的公钥Ri计算公钥Wi=Ri+Ri',使用计算出的身份标识IDi和公钥Wi计算哈希值αi=H1(IDi,Wi),并使用接收到的随机值βi、哈希值αi和自己的私钥ri'计算私钥yi=βi+rii。最后,AGG验证yiG1=KiiWi是否成立,其中Ki是SMi的公钥。如果不成立,AGG终止通信;否则,AGG完成通信。
6)AGG保存协商出的密钥Yi=yiG1,SMi计算并保存协商出的密钥Yi=KiiWi
进一步的,所述步骤103智能电表SMi生成加密数据的步骤具体包括:
1)SMi选择随机数
Figure BDA0002267522300000033
其中
Figure BDA0002267522300000034
是1到(n-1)范围内的整数;
2)SMi通过公式(1)计算加密数据CT,其中P和Q是随机选自阶为n的椭圆曲线循环群G1的生成元,mi是SMi的明文,Ci是mi生成的密文,Di是SMi计算出的公钥;
CT:{Ci=miP+si(Q+Yi),Di=siG1} (1)
3)SMi计算自己的签名δi。SMi首先计算Mi=Ci||Di||AIDi||T和H2(Mi),其中Mi是密文Ci、公钥Di、假名AIDi和时间戳T的数据值的连接,H2是一个将字符串映射到椭圆曲线群G2上的点的函数H2:{0,1}→G2。其次,SMi计算其签名δi=xiH2(Mi)。
4)SMi发送消息Ci||Di||AIDi||T||δi给AGG。
进一步的,所述步骤104聚合器AGG计算聚合密文的具体步骤包括:
1)AGG首先计算H2(Mi),其中Mi=Ci||Di||AIDi||T。然后通过公式(2)验证所有用户的签名,其中e'是一个双线性映射e':G2×G2→GT';
Figure BDA0002267522300000041
2)AGG通过公式(3)计算聚合数据C和D,为简便起见,令聚合明文
Figure BDA0002267522300000042
聚合随机数
Figure BDA0002267522300000043
Figure BDA0002267522300000044
3)AGG根据SMi的假名AIDi搜索SMi的公钥Yi对应的私钥yi,然后计算聚合私钥
Figure BDA0002267522300000045
根据公式(4),AGG使用聚合私钥
Figure BDA0002267522300000046
和聚合公钥D=sG1部分解密密文,获取最终的聚合密文C'。
Figure BDA0002267522300000047
4)AGG首先计算MA=C'||IDA||T和H2(MA),其中MA是最终聚合密文C'、AGG的身份标识IDA和时间戳T的数据值的连接。然后,AGG计算自己的签名δA=xAH2(MA)。
5)AGG发送消息C'||IDA||T||δA给控制中心CC。
进一步的,所述步骤10控制中心CC使用私钥解密聚合密文解密并获取聚合明文的具体步骤包括:
1)CC使用公式(5)验证AGG的签名。
e'(δA,G2)=e'(H2(MA),XA) (5)
2)CC使用解密密钥q1和收到的聚合密文C'作为输入,然后使用公式(6)计算聚合明文m;
Figure BDA0002267522300000051
一种面向智能电网的可保护隐私数据聚合系统,其包括:
系统初始化模块:用于智能电表SMi、聚合器AGG和控制中心CC分别初始化;
注册模块:用于智能电表SMi向聚合器AGG注册以成为系统中合法的智能电表;
加密数据生成模块:用于智能电表SMi生成加密数据;
聚合密文生成模块:用于接收到加密数据后,AGG对加密数据进行部分解密,计算最终聚合密文;
数据解密模块:用于接收到聚合密文后,CC使用私钥解密最终聚合密文获取聚合明文。
本发明的优点及有益效果如下:
随着信息及通信技术的发展,如何在智能电网中进行隐私保护的数据聚合已经成为了一个重要课题。在本发明中,提出了一种面向智能电网的隐私保护数据聚合方案,该方案不依赖可信第三方,系统在智能电表缺失时依旧可以正常运行,具有更好的可靠性,且用户的身份是匿名的,攻击者无法获取用户的真实身份。分析表明,提出的方案满足机密性、完整性、可认证等相应的安全需求,既可以保护单个用户数据隐私不被泄露,也可以聚合一定区域内的数据之和,只有控制中心可以读取聚合结果。这对于智能电网中的隐私保护数据聚合具有十分重要的意义。本发明具有良好的应用前景。
附图说明
图1是本发明提供优选实施例系统的框架图;
图2为本发明方法的流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、详细地描述。所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例。
本发明解决上述技术问题的技术方案是:
下面结合附图1描述一下系统的框架。
1)智能电表(Smart Meter):它是智能电表,负责定期收集用户的实时用电量数据并发送加密数据给聚合器。智能电表是诚实并好奇的,它根据协议执行操作,不发起主动攻击。但是,它可能会推测其他用户的信息。
2)聚合器(Aggregator):它是智能电表的管理者,负责聚合用户的用电量数据,并将聚合结果发送给控制中心。聚合器是诚实并好奇的,它存储所有计算的中间结果,可能会从中获取用户的隐私信息。
3)控制中心(Control Center):控制中心负责解密和解析聚合数据,以获得每个区域的用户用电量数据之和,并产生适当响应。控制中心是完全可信的,它可能试图分析接收到的消息以获得有价值的信息。
下面结合附图2对本发明做近一步的详细描述。本发明主要包含以下几个步骤:
101、系统初始化,首先,智能电表SMi、聚合器AGG和控制中心CC分别生成签名相关的私钥和公钥。SMi、AGG和CC分别随机从
Figure BDA0002267522300000061
中选择xi、xA和xCC作为各自的私钥,其中
Figure BDA0002267522300000062
是1到(q-1)范围内的整数。然后,SMi、AGG和CC分别计算相应的公钥Xi=xiG2、XA=xAG2和XCC=xCCG2,其中G2是阶为q的椭圆曲线循环群G2的生成元。其次,智能电表SMi、聚合器AGG和控制中心CC分别生成加密相关的私钥和公钥。SMi和AGG分别选择
Figure BDA0002267522300000063
作为各自的私钥,其中
Figure BDA0002267522300000064
是1到(n-1)范围内的整数。然后,SMi和AGG分别计算相应的公钥Ki=kiG1、YA=yAG1,其中G1是阶为n=q1q2的椭圆曲线循环群G1的生成元,q1和q2是两个大素数;
102、用户注册,SMi向AGG注册以成为系统中合法的智能电表。
1)首先,SMi使用自己的身份标识IDi、随机数
Figure BDA0002267522300000065
和AGG的公钥YA生成SMi的假名
Figure BDA0002267522300000066
其中H1是一个将字符串映射到范围为1到(n-1)的整数的哈希函数
Figure BDA0002267522300000071
其次,SMi根据随机数ri生成公钥Ri=riG1。然后,SMi使用身份标识IDi、假名AIDi和公钥Ri生成消息摘要e1=H1(AIDi||IDi||Ri)。最后,SMi将消息{AIDi,Ri,e1}发送给AGG;
2)AGG首先使用接收到的假名AIDi、公钥Ri和自己的私钥yA计算恢复出SMi的身份标识
Figure BDA0002267522300000072
其次使用计算出的IDi,接收到的AIDi和Ri计算新的消息摘要e2=H1(AIDi||IDi||Ri),然后验证e1和e2是否相等。如果相等,说明SMi是合法的用户,AGG保存{IDi,AIDi}并继续进行通信;否则,AGG终止通信。
3)AGG选择随机数
Figure BDA0002267522300000073
生成公钥Ri'=ri'G1,并发送Ri'给SMi
4)SMi使用自己的公钥Ri和接收到的公钥Ri'计算公钥Wi=Ri+Ri',使用身份标识IDi和公钥Wi计算哈希值αi=H1(IDi,Wi),并使用自己的私钥ki、ri和哈希值αi计算随机值βi=ki+riαi,最后将βi发送给AGG。
5)AGG使用自己的公钥Ri'和接收到的公钥Ri计算公钥Wi=Ri+Ri',使用计算出的身份标识IDi和公钥Wi计算哈希值αi=H1(IDi,Wi),并使用接收到的随机值βi、哈希值αi和自己的私钥ri'计算私钥yi=βi+rii。最后,AGG验证yiG1=KiiWi是否成立。如果不成立,AGG终止通信;否则,AGG完成通信。
6)AGG保存协商出的密钥Yi=yiG1,SMi计算并保存协商出的密钥Yi=KiiWi
103、数据生成,SMi生成加密数据。
1)SMi选择随机数
Figure BDA0002267522300000074
其中
Figure BDA0002267522300000075
是1到(n-1)范围内的整数;
2)SMi通过公式(1)计算加密数据CT,其中P和Q是随机选自阶为n的椭圆曲线循环群G1的生成元,mi是SMi的明文,Ci是mi生成的密文,Di是SMi计算出的公钥;
CT:{Ci=miP+si(Q+Yi),Di=siG1} (1)
3)SMi计算自己的签名δi。SMi首先计算Mi=Ci||Di||AIDi||T和H2(Mi),其中Mi是密文Ci、公钥Di、假名AIDi和时间戳T的数据值的连接,H2是一个将字符串映射到椭圆曲线群G2上的点的函数H2:{0,1}→G2。其次,SMi计算其签名δi=xiH2(Mi)。
4)SMi发送消息Ci||Di||AIDi||T||δi给AGG。
104、数据聚合,在接收到SMi的消息后,AGG验证SMi的签名δi并且计算聚合密文C'。
1)AGG首先计算H2(Mi),其中Mi=Ci||Di||AIDi||T。然后通过公式(2)验证所有用户的签名,其中e'是一个双线性映射e':G2×G2→GT';
Figure BDA0002267522300000081
2)AGG通过公式(3)计算聚合数据C和D,为简便起见,令聚合明文
Figure BDA0002267522300000082
聚合随机数
Figure BDA0002267522300000083
Figure BDA0002267522300000084
3)AGG根据SMi的假名AIDi搜索SMi的公钥Yi对应的私钥yi,然后计算聚合私钥
Figure BDA0002267522300000085
根据公式(4),AGG使用聚合私钥
Figure BDA0002267522300000086
和聚合公钥D=sG1部分解密密文,获取最终的聚合密文C'。
Figure BDA0002267522300000087
4)AGG首先计算MA=C'||IDA||T和H2(MA),其中MA是最终聚合密文C'、AGG的身份标识IDA和时间戳T的数据值的连接。然后,AGG计算自己的签名
δA=xAH2(MA)。
5)AGG发送消息C'||IDA||T||δA给控制中心CC。
105、数据解密,在接收到AGG发送的消息后,CC验证AGG的签名δA并且解密聚合密文C'。
1)CC使用公式(5)验证AGG的签名δA
e'(δA,G2)=e'(H2(MA),XA) (5)
2)CC使用解密密钥q1和收到的聚合密文C'作为输入,然后使用公式(6)计算聚合明文m;
Figure BDA0002267522300000091
以上这些实施例应理解为仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。在阅读了本发明的记载的内容之后,技术人员可以对本发明作各种改动或修改,这些等效变化和修饰同样落入本发明权利要求所限定的范围。

Claims (7)

1.一种面向智能电网的可保护隐私数据聚合方法,其特征在于,包括以下步骤:
101、系统初始化步骤:首先,智能电表SMi、聚合器AGG和控制中心CC分别生成签名相关的私钥和公钥。其次,智能电表SMi、聚合器AGG和控制中心CC分别生成加密相关的私钥和公钥;
102、用户注册步骤:智能电表SMi向聚合器AGG注册以成为系统中合法的智能电表,首先,SMi计算自己的假名和相关数据发送给AGG;其次,AGG通过使用SMi的假名和相关数据可以计算恢复出SMi的真实身份标识,并且验证SMi发送的消息中所有数据的真实性和完整性;然后,SMi和AGG进行多次通信,AGG最终可以验证SMi是否是合法用户,同时,SMi和AGG协商出一个会话密钥用于之后的数据加密步骤;
103、数据生成的步骤:智能电表SMi生成加密数据和签名,SMi以基于椭圆曲线的BGN算法作为加密算法,使用系统公钥和会话密钥对明文进行加密,并使用BLS短签名算法生成自己的签名,最后发送密文和签名等消息给AGG;
104、数据聚合的步骤:在接收到SMi发送的消息之后,AGG验证SMi的签名,签名验证成功后,AGG对加密数据进行部分解密,计算最终聚合密文和自己的签名,并发送最终聚合密文和签名等消息给CC;
105、数据解密的步骤:在接收到AGG发送的消息之后,CC验证AGG的签名,签名验证成功后,CC使用私钥解密最终聚合密文获取聚合明文。
2.根据权利要求1所述的面向智能电网的可保护隐私数据聚合方法,其特征在于,所述步骤101系统初始化时智能电表SMi、聚合器AGG和控制中心CC生成签名以及加密的私钥和公钥的步骤具体包括:
1)SMi、AGG和CC分别随机从
Figure FDA0002267522290000011
中选择xi、xA和xCC作为各自的私钥,其中
Figure FDA0002267522290000012
是1到(q-1)范围内的整数。然后,SMi、AGG和CC分别计算相应的公钥Xi=xiG2、XA=xAG2和XCC=xCCG2,其中G2是阶为q的椭圆曲线循环群G2的生成元;
2)SMi和AGG分别选择ki,
Figure FDA0002267522290000021
作为各自的私钥,其中
Figure FDA0002267522290000022
是1到(n-1)范围内的整数,然后,SMi和AGG分别计算相应的公钥Ki=kiG1、YA=yAG1,其中G1是阶为n=q1q2的椭圆曲线循环群G1的生成元,q1和q2是两个大素数。
3.根据权利要求2所述的面向智能电网的可保护隐私数据聚合方法,其特征在于,所述步骤102智能电表SMi向聚合器AGG注册的步骤具体包括:
1)首先,SMi使用自己的身份标识IDi、随机数
Figure FDA0002267522290000023
和AGG的公钥YA生成SMi的假名
Figure FDA0002267522290000024
其中H1是一个将字符串映射到范围为1到(n-1)的整数的哈希函数H1:
Figure FDA0002267522290000025
其次,SMi根据随机数ri生成公钥Ri=riG1,然后,SMi使用身份标识IDi、假名AIDi和公钥Ri生成消息摘要e1=H1(AIDi||IDi||Ri),最后,SMi将消息{AIDi,Ri,e1}发送给AGG;
2)AGG首先使用接收到的假名AIDi、公钥Ri和自己的私钥yA计算恢复出SMi的身份标识
Figure FDA0002267522290000026
其次使用计算出的IDi,接收到的AIDi和Ri计算新的消息摘要e2=H1(AIDi||IDi||Ri),然后验证e1和e2是否相等,如果相等,说明SMi是合法的用户,AGG保存{IDi,AIDi}并继续进行通信;否则,AGG终止通信;
3)AGG选择随机数
Figure FDA0002267522290000027
生成公钥Ri'=ri'G1,并发送Ri'给SMi
4)SMi使用自己的公钥Ri和接收到的公钥Ri'计算公钥Wi=Ri+Ri',使用身份标识IDi和公钥Wi计算哈希值αi=H1(IDi,Wi),并使用自己的私钥ki、ri和哈希值αi计算随机值βi=ki+riαi,最后将βi发送给AGG;
5)AGG使用自己的公钥Ri'和接收到的公钥Ri计算公钥Wi=Ri+Ri',使用计算出的身份标识IDi和公钥Wi计算哈希值αi=H1(IDi,Wi),并使用接收到的随机值βi、哈希值αi和自己的私钥ri'计算私钥yi=βi+rii,最后,AGG验证yiG1=KiiWi是否成立,其中Ki是SMi的公钥,如果不成立,AGG终止通信;否则,AGG完成通信;
6)AGG保存协商出的密钥Yi=yiG1,SMi计算并保存协商出的密钥Yi=KiiWi
4.根据权利要求3所述的面向智能电网的可保护隐私数据聚合方法,其特征在于,所述步骤103智能电表SMi生成加密数据的步骤具体包括:
1)SMi选择随机数
Figure FDA0002267522290000035
其中
Figure FDA0002267522290000036
是1到(n-1)范围内的整数;
2)SMi通过公式(1)计算加密数据CT,其中P和Q是随机选自阶为n的椭圆曲线循环群G1的生成元,mi是SMi的明文,Ci是mi生成的密文,Di是SMi计算出的公钥;
CT:{Ci=miP+si(Q+Yi),Di=siG1} (1)
3)SMi计算自己的签名δi。SMi首先计算Mi=Ci||Di||AIDi||T和H2(Mi),其中Mi是密文Ci、公钥Di、假名AIDi和时间戳T的数据值的连接,H2是一个将字符串映射到椭圆曲线群G2上的点的函数H2:{0,1}→G2,其次,SMi计算其签名δi=xiH2(Mi);
4)SMi发送消息Ci||Di||AIDi||T||δi给AGG。
5.根据权利要求4所述的面向智能电网的可保护隐私数据聚合方法,其特征在于,所述步骤104聚合器AGG计算聚合密文的具体步骤包括:
1)AGG首先计算H2(Mi),其中Mi=Ci||Di||AIDi||T,然后通过公式(2)验证所有用户的签名,其中e'是一个双线性映射e':G2×G2→GT';
Figure FDA0002267522290000031
2)AGG通过公式(3)计算聚合数据C和D,为简便起见,令聚合明文
Figure FDA0002267522290000032
聚合随机数
Figure FDA0002267522290000033
Figure FDA0002267522290000034
3)AGG根据SMi的假名AIDi搜索SMi的公钥Yi对应的私钥yi,然后计算聚合私钥
Figure FDA0002267522290000041
根据公式(4),AGG使用聚合私钥
Figure FDA0002267522290000042
和聚合公钥D=sG1部分解密密文,获取最终的聚合密文C';
Figure FDA0002267522290000043
4)AGG首先计算MA=C'||IDA||T和H2(MA),其中MA是最终聚合密文C'、AGG的身份标识IDA和时间戳T的数据值的连接,然后,AGG计算自己的签名δA=xAH2(MA);
5)AGG发送消息C'||IDA||T||δA给控制中心CC。
6.根据权利要求5所述的面向智能电网的可保护隐私数据聚合方法,其特征在于,所述步骤105控制中心CC使用私钥解密聚合密文并获取聚合明文的具体步骤包括:
1)CC使用公式(5)验证AGG的签名。
e'(δA,G2)=e'(H2(MA),XA) (5)
2)CC使用解密密钥q1和收到的聚合密文C'作为输入,然后使用公式(6)计算聚合明文m;
Figure FDA0002267522290000044
7.一种面向智能电网的可保护隐私数据聚合系统,其特征在于,具体包括:
系统初始化模块:用于智能电表SMi、聚合器AGG和控制中心CC分别初始化;
注册模块:用于智能电表SMi向聚合器AGG注册以成为系统中合法的智能电表;
加密数据生成模块:用于智能电表SMi生成加密数据;
聚合密文生成模块:用于接收到加密数据后,AGG对加密数据进行部分解密,计算最终聚合密文;
数据解密模块:用于接收到聚合密文后,CC使用私钥解密最终聚合密文获取聚合明文。
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Cited By (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112073406A (zh) * 2020-09-03 2020-12-11 北京工业大学 一种基于双线性映射可扩展分组多数据保护方法
CN112231770A (zh) * 2020-11-03 2021-01-15 上海第二工业大学 智能电网数据传输方法
CN112532389A (zh) * 2020-12-01 2021-03-19 南京邮电大学 一种基于区块链的智能电网轻量级隐私保护数据聚合方法
CN112615825A (zh) * 2020-12-07 2021-04-06 郑州师范学院 一种数据加密传输方法、装置、系统及设备
CN112702341A (zh) * 2020-12-23 2021-04-23 国网山东省电力公司信息通信公司 一种基于隐私保护的用户用电数据共享方法及系统
CN112733172A (zh) * 2021-01-15 2021-04-30 重庆邮电大学 一种基于rsa与差分隐私的智能电网数据聚合方案
CN112887095A (zh) * 2021-01-26 2021-06-01 浙江工商大学 基于区块链的智能电网二级网络下数据隐私保护聚合方法
CN112904067A (zh) * 2021-01-29 2021-06-04 桂林电子科技大学 基于用户数据隐私性的实时窃电检测方法
CN113382016A (zh) * 2021-06-28 2021-09-10 暨南大学 智能电网环境下可容错的安全轻量级数据聚合方法
CN113872759A (zh) * 2021-09-29 2021-12-31 湘潭大学 一种智能电网的轻量级身份认证方法
CN114221809A (zh) * 2021-12-14 2022-03-22 北方工业大学 一种抗异常数据且保隐私的数据聚合系统及方法
CN114564492A (zh) * 2021-10-22 2022-05-31 湘潭大学 一种容错且保护隐私的智能电网多维多子集数据聚合方案
CN115001657A (zh) * 2022-02-25 2022-09-02 华东师范大学 一种可容错且支持成员动态增删的隐私保护数据聚合方法
CN115085940A (zh) * 2022-07-25 2022-09-20 中国长江三峡集团有限公司 一种智能电网的隐私数据聚合方法和系统
CN116956358A (zh) * 2023-06-26 2023-10-27 广东技术师范大学 基于网格加密的智能电网签名与验证方法
CN117335997A (zh) * 2023-11-29 2024-01-02 广东电网有限责任公司湛江供电局 一种数据处理方法、系统、设备和介质

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103825743A (zh) * 2014-02-13 2014-05-28 南京邮电大学 一种具有隐私保护功能的数据安全聚合方法
CN104639311A (zh) * 2015-01-12 2015-05-20 浙江工商大学 一种智能电网中用电隐私及完整性保护的聚合方法及系统
US9285981B1 (en) * 2012-07-16 2016-03-15 Wickr Inc. Discouraging screen capture
CN108683493A (zh) * 2018-05-04 2018-10-19 西安电子科技大学 一种智能电网中提供隐私保护的数据聚合方法
CN109831292A (zh) * 2019-04-03 2019-05-31 成都中科微信息技术研究院有限公司 一种智能电表用电信息的隐私保护方法
CN110166243A (zh) * 2019-05-22 2019-08-23 安徽师范大学 一种群智感知中基于椭圆曲线的聚合数据隐私保护方法
CN110430050A (zh) * 2019-07-31 2019-11-08 湖南匡安网络技术有限公司 一种基于隐私保护的智能电网数据采集方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9285981B1 (en) * 2012-07-16 2016-03-15 Wickr Inc. Discouraging screen capture
CN103825743A (zh) * 2014-02-13 2014-05-28 南京邮电大学 一种具有隐私保护功能的数据安全聚合方法
CN104639311A (zh) * 2015-01-12 2015-05-20 浙江工商大学 一种智能电网中用电隐私及完整性保护的聚合方法及系统
CN108683493A (zh) * 2018-05-04 2018-10-19 西安电子科技大学 一种智能电网中提供隐私保护的数据聚合方法
CN109831292A (zh) * 2019-04-03 2019-05-31 成都中科微信息技术研究院有限公司 一种智能电表用电信息的隐私保护方法
CN110166243A (zh) * 2019-05-22 2019-08-23 安徽师范大学 一种群智感知中基于椭圆曲线的聚合数据隐私保护方法
CN110430050A (zh) * 2019-07-31 2019-11-08 湖南匡安网络技术有限公司 一种基于隐私保护的智能电网数据采集方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
XUEFENG LIU, YUQING ZHANG, BOYANG WANG: "An anonymous data aggregation", 《SECURITY AND COMMUNICATION NETWORKS》 *
YOUSHENGZHOU,XINGWANGLONG: "Conditional privacy-preserving authentication and key agreement scheme for roaming services in VANETs", 《JOURNAL OF INFORMATION SECURITY AND APPLICATIONS》 *
赖启超; 许力; 王峰: "智能电网支持隐私保护的数据聚合方案赖启超", 《密码学报》 *

Cited By (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112073406A (zh) * 2020-09-03 2020-12-11 北京工业大学 一种基于双线性映射可扩展分组多数据保护方法
CN112231770B (zh) * 2020-11-03 2024-07-02 上海第二工业大学 智能电网数据传输方法
CN112231770A (zh) * 2020-11-03 2021-01-15 上海第二工业大学 智能电网数据传输方法
CN112532389A (zh) * 2020-12-01 2021-03-19 南京邮电大学 一种基于区块链的智能电网轻量级隐私保护数据聚合方法
CN112615825A (zh) * 2020-12-07 2021-04-06 郑州师范学院 一种数据加密传输方法、装置、系统及设备
CN112702341A (zh) * 2020-12-23 2021-04-23 国网山东省电力公司信息通信公司 一种基于隐私保护的用户用电数据共享方法及系统
CN112702341B (zh) * 2020-12-23 2022-05-27 国网山东省电力公司信息通信公司 一种基于隐私保护的用户用电数据共享方法及系统
CN112733172A (zh) * 2021-01-15 2021-04-30 重庆邮电大学 一种基于rsa与差分隐私的智能电网数据聚合方案
CN112887095A (zh) * 2021-01-26 2021-06-01 浙江工商大学 基于区块链的智能电网二级网络下数据隐私保护聚合方法
CN112887095B (zh) * 2021-01-26 2022-09-23 浙江工商大学 基于区块链的智能电网二级网络下数据隐私保护聚合方法
CN112904067A (zh) * 2021-01-29 2021-06-04 桂林电子科技大学 基于用户数据隐私性的实时窃电检测方法
CN112904067B (zh) * 2021-01-29 2024-06-11 桂林电子科技大学 基于用户数据隐私性的实时窃电检测方法
CN113382016A (zh) * 2021-06-28 2021-09-10 暨南大学 智能电网环境下可容错的安全轻量级数据聚合方法
CN113872759A (zh) * 2021-09-29 2021-12-31 湘潭大学 一种智能电网的轻量级身份认证方法
CN114564492A (zh) * 2021-10-22 2022-05-31 湘潭大学 一种容错且保护隐私的智能电网多维多子集数据聚合方案
CN114564492B (zh) * 2021-10-22 2024-04-26 湘潭大学 一种容错且保护隐私的智能电网多维多子集数据聚合方案
CN114221809B (zh) * 2021-12-14 2024-01-26 北方工业大学 一种抗异常数据且保隐私的数据聚合系统及方法
CN114221809A (zh) * 2021-12-14 2022-03-22 北方工业大学 一种抗异常数据且保隐私的数据聚合系统及方法
CN115001657A (zh) * 2022-02-25 2022-09-02 华东师范大学 一种可容错且支持成员动态增删的隐私保护数据聚合方法
CN115085940A (zh) * 2022-07-25 2022-09-20 中国长江三峡集团有限公司 一种智能电网的隐私数据聚合方法和系统
CN116956358A (zh) * 2023-06-26 2023-10-27 广东技术师范大学 基于网格加密的智能电网签名与验证方法
CN116956358B (zh) * 2023-06-26 2024-03-22 广东技术师范大学 基于网格加密的智能电网签名与验证方法
CN117335997A (zh) * 2023-11-29 2024-01-02 广东电网有限责任公司湛江供电局 一种数据处理方法、系统、设备和介质
CN117335997B (zh) * 2023-11-29 2024-03-19 广东电网有限责任公司湛江供电局 一种数据处理方法、系统、设备和介质

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