CN113570371A - 一种基于密码技术的可信电力交易出清方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于密码技术的可信电力交易出清方法和系统，该方法包括以下步骤：发布交易公告，设置交易申报截止时间；购电方和售电方通过价格保序加密算法加密申报价格生成保序加密密文C，将申报信息摘要M′和申报时间t生成签名σ，提交给交易中心；交易中心汇总申报信息，验证申报方的身份以及申报信息的真实可靠性，并在验证通过后对各申报方的保序加密密文C排序、匹配；交易中心解密密文C，确定成交价格，完成本次交易出清。本发明，针对电力交易出清申报阶段申报价格易泄露、申报信息被篡改等安全风险，基于布谷鸟哈希算法、保序加密技术、数字时间戳技术等密码技术，有效实现了申报价格隐私及申报信息完整性保护。

Description

一种基于密码技术的可信电力交易出清方法和系统

技术领域

本发明涉及电力竞价交易技术领域，具体涉及一种基于密码技术的可信电力交易出清方法和系统。

背景技术

交易出清实现了售电侧与需求侧的供求平衡，是电力集中竞价交易过程中十分重要的环节，通常涉及交易申报、交易匹配以及交易定价三个阶段。

在交易申报阶段，交易申报方制定申报策略，并向交易中心提交申报信息，包括申报主体、申报价格、申报时间、用(供)点时段、申报地址、申报电量等信息，涉及申报价格隐私问题及购售电方身份验证、申报时间唯一可靠、申报信息完整防篡改等诸多安全问题，存在窃取他方申报策略(如申报价格)等恶意竞争现象。

在交易匹配阶段，由交易中心汇总申报信息，并选择合理的方式对购电方及售电方进行匹配。目前主要形成了仅基于价格、基于特定模型以及基于多因子的匹配方式。

在交易定价阶段，旨在制定合理及灵活的定价规则，确定购电方及售电方本次电力交易的最终成交价格。良好的定价机制能够促进电力市场的稳健、有序发展。电力交易市场实际采用的价格清算机制主要有3种：按市场成员报价、按边际成交价格和按报价撮合法确定成交价格。

综上所述，目前对电力交易出清的研究更侧重于交易匹配及价格清算，并且形成了成熟的研究体系；对于交易申报阶段申报价格的隐私性及申报信息的完整性保护研究较少。然而，随着电力交易市场的进一步开放，面对复杂的交易规则及多样的交易类型，交易主体的安全及隐私需求日益凸显。因此，实现可信的电力交易出清是电力交易市场亟待解决和研究的问题。

有鉴于此，急需对现有的电力交易出清系统和方法进行改进，实现电力集中竞价交易的可信出清，保护申报价格隐私、以及防止申报信息被篡改。

发明内容

针对上述缺陷，本发明所要解决的技术问题在于提供一种基于密码技术的可信电力交易出清系统和方法，以解决现有技术无法对申报价格的隐私性及申报信息进行完整性保护的问题。

为此，本发明提供的一种基于密码技术的可信电力交易出清方法，包括以下步骤：

购电方和售电方分别在交易中心注册，并将用户id写入数据库；

交易中心发布交易公告，设置交易申报截止时间；

购电方和售电方分别通过价格保序加密算法加密各自的申报价格生成保序加密密文C；

购电方和售电方分别将各自的申报信息摘要M′和申报时间t生成签名σ，所述申报信息摘要M′由申报方的身份id、保序加密密文C以及申报电量Q和申报时间t生成；

购电方和售电方分别将各自的最终申报消息提交给交易中心，所述最终申报消息包括：用户id，保序加密密文C，申报电量Q，申报信息摘要M′，申报时间t，签名σ和公钥pk；

交易中心汇总申报信息，并验证申报方的身份以及申报信息的真实可靠性，在验证通过后分别对各申报方的保序加密密文C排序，按照高低匹配的方式进行匹配；

交易中心解密申报方的保序加密密文C，确定成交价格，完成本次交易出清。

在上述方法中，优选地，采用布谷鸟哈希算法将用户id写入数据库，并采用布谷鸟哈希算法实现申报方身份的可信验证。

在上述方法中，优选地，申报方利用价格保序加密算法生成保序加密密文C包括以下步骤：

交易中心通过输入安全参数λ，为所有申报方生成用于本次交易的保序加密的公钥pk和私钥sk；

申报方分别利用自己的私钥sk，将其申报价格加密生成保序加密密文C。

在上述方法中，优选地，

申报方生成签名σ的步骤如下：

使用哈希算法生成申报信息摘要M′，所述申报信息包括：申报方的用户id、保序加密密文C以及申报电量Q、申报时间t；

利用私钥sk对申报信息摘要M′和申报时间t进行签名，生成签名σ。

在上述方法中，优选地，利用申报方的公钥pk和签名σ解密申报方的保序加密密文C，得到申报方的申报价格。

本发明还提供了一种基于密码技术的可信电力交易出清系统，包括交易中心、购电方和售电方，交易中心发布交易公告，设置交易申报截止时间，还包括：

注册模块，设置在交易中心，用于购电方和售电方注册，并将用户id写入数据库；

保序加密算法模块，用于购电方和售电方分别通过价格保序加密算法加密各自的申报价格生成保序加密密文C；

时间戳加密模块，用于购电方和售电方分别将各自的申报信息摘要M′和申报时间t生成签名σ，所述申报信息摘要M′由申报方的身份id、保序加密密文C以及申报电量Q和申报时间t生成；

购电方和售电方分别将各自的最终申报消息提交给交易中心，所述最终申报消息包括：用户id，保序加密密文C，申报电量Q，申报信息摘要M′，申报时间t，签名σ和公钥pk；

交易中心汇总申报信息，并验证申报方的身份以及申报信息的真实可靠性，在验证通过后分别对各申报方的保序加密密文C排序，按照高低匹配的方式进行匹配；

交易中心解密申报方的保序加密密文C，确定成交价格，完成本次交易出清。

由上述技术方案可知，本发明提供的一种基于密码技术的可信电力交易出清系统，在每一次电力交易中，利用布谷鸟哈希算法实现申报方身份的可信验证，利用保序加密技术对申报价格进行保护，利用数字时间戳技术将申报时间与申报信息唯一绑定，并使用哈希算法及数字签名技术实现了申报信息的完整性和真实性，有效实现了申报价格隐私及申报信息完整性保护。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的实施例或现有技术中的技术方案，下面将对本发明实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做出简单地介绍和说明。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的部分实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的基于密码技术的可信电力交易出清方法流程图；

图2为本发明提供的基于密码技术的可信电力交易出清系统示意图。

具体实施方式

本发明，在每一次电力交易中，利用布谷鸟哈希算法实现申报方身份的可信验证，利用保序加密技术对申报价格进行保护，利用数字时间戳技术将申报时间与申报信息唯一绑定，并使用哈希算法及数字签名技术实现了申报信息的完整性和真实性。

下面将结合本发明实施例附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，以下所描述的实施例，仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下，所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为了对本发明的技术方案和实现方式做出更清楚地解释和说明，以下介绍实现本发明技术方案的几个优选的具体实施例。

需要说明的是，本文中“内、外”、“前、后”及“左、右”等方位词是以产品使用状态为基准对象进行的表述，显然，相应方位词的使用对本方案的保护范围并非构成限制。

请参见图1，图1为本发明提供的一种基于密码技术的可信电力交易出清方法流程图，包括以下步骤：

以下步骤中，所用到的参数和符号定义如下：

符号	含义
		id	用户身份标识
sk<sub>ope</sub>	申报方保序加密私钥
		P	申报价格
C	申报保序加密密文
		Q	申报电量、地址等信息
t	申报时间
		(pk,sk)	申报方签名公私钥对

步骤110，交易中心发布交易公告，并设置交易申报截止时间。

想要参与交易的购电方及售电方必须首先登陆交易中心进行用户注册，登陆交易中心填报注册信息，并上传注册申请资料及其他附件资料，交易中心受理并审核通过后，分配用户id并写入数据库。

本发明中，采用布谷鸟哈希算法将用户id插入到布谷鸟哈希表中，写入数据库，同样地，后续也采用布谷鸟哈希算法进行申报方的身份验证。

布谷鸟哈希算法具有占用空间小、查询迅速等优点。

布谷鸟哈希使用两个哈希表T₁和T₂，每个哈希表的容量为r，对应两个哈希函数h₁、h₂。

采用布谷鸟哈希算法将用户id插入保存到数据库中的过程如下：

1)采用哈希算法h₁(id)、h₂(id)，确定用户id在两个哈希表T₁和T₂中应该插入的位置；

2)若这两个位置均为空，则任选一个位置将用户id插入；

3)若只有一个位置为空，则将用户id插入到该位置；

4)若两个位置均不为空，则任选一个位置踢出现存元素，再将用户id插入到该位置，对被踢出的元素按照上述步骤重新插入；

5)若踢出元素的次数超过阈值，则认为该哈希表已存满，需创建新的哈希表。

上述步骤中，每个用户id存储在哈希表T₁的h₁(id)位置或哈希表T₂的h₂(id)位置，但不会同时存储在哈希表T₁和哈希表T₂中。

步骤120，购电方和售电方分别通过价格保序加密(Order PreservingEncryption)算法加密各自的申报价格生成密文C。购电方和售电方以下统称申报方。

保序加密是一种密文保留了明文原有顺序的加密技术，能够在保证数据机密性的同时,实现密文数据的顺序查询操作，包含密钥生成、保序加密和解密三种算法，在不同的阶段，选择不同的算法执行相应的操作。

本发明中，首先，交易中心通过输入安全参数λ，为所有申报方生成本次交易的公钥pk和私钥sk。

然后，各申报方分别利用自己的私钥sk，将其申报价格加密生成保序加密密文C。

步骤130，申报方分别通过时间戳算法，将各自的申报信息摘要M′和申报时间t生成签名σ。

其中，申报信息摘要M′由申报方的用户id、保序加密密文C以及申报电量Q和申报时间t生成。具体算法如下：

首先，使用哈希算法生成申报信息摘要M′，申报信息包括：购电方或售电方的用户id、保序加密密文C以及申报电量Q、申报时间t等。

然后，利用私钥sk对申报信息摘要M′和申报时间t进行签名，生成签名σ。

步骤140，购电方和售电方分别将各自的最终申报消息提交给交易中心。最终申报消息包括：用户id，保序加密密文C，申报电量Q，申报信息摘要M′，申报时间t，签名σ和公钥pk。

步骤150，交易申报阶段截至后，交易中心汇总购电方和售电方提交的交易申报信息，并对购电方和售电方的身份进行验证，确定是否符合本次交易要求。

本发明，利用购电方和售电方的用户id，采用布谷鸟哈希算法实现申报方身份的可信验证。当输出为1时说明身份校验通过，可进行下一步申报信息校核；当输出为0时说明身份校验不通过，取消该申报方的本次交易。

采用布谷鸟哈希算法实现申报方身份的可信验证的过程如下：

首先，分别通过哈希算法h₁(id)和h₂(id)计算哈希表T₁和T₂中的两个位置，若计算获得该用户id在其中任一个位置，则说明该用户id是正式的注册用户，输出1；若计算获得该用户id不在这两个位置，则说明该用户id不是正式的注册用户，输出0。

步骤160，用户身份校验通过后，交易中心校验其申报时间t是否与本次交易申报截止时间相符，并校核其申报价格、申报电量等申报信息的真实性和完整性。

具体地，通过Hash算法计算申报方的身份id、保序加密密文C以及申报电量Q、申报时间t的摘要M，并判断计算出的摘要M是否与收到的摘要M′相同；如果不相同，说明申报信息校核不通过，结束；否则，继续执行下一步。

步骤170，交易中心调用保序加密密文排序匹配算法，对申报价格的密文C进行排序，按照高低匹配的方式形成匹配。

1)通过保序加密技术，密文保留了明文原有的顺序，将购电方出价密文从高到低排序，将售电方出价密文从低到高排序；

2)按照高低匹配的方式，从最低售电方出价和最高购电方出价依次形成匹配，规定售电/购电双方价格相减大于等于零时匹配有效，直到双方出现最后一个有效匹配对为止。

步骤180，完成匹配后，交易中心与匹配成功的购电方和售电方交互，得到其保序加密私钥sk，并将保序加密密文C解密为申报价格明文。对于未成功匹配的申报方，保留其申报价格的隐私性。

交易中心得到购电方及售电方的价格明文后，确定其成交价格，例如将匹配成交双方申报价格的均值作为其成交价格，待匹配成功的购售电双方确认并签订合同后，完成本次交易出清。

本发明还提供了一种基于区块链技术的匿名电力竞价交易系统，如图2所示，包括交易中心10、购电方20和售电方30三方。购电方20和售电方30也称申报方，交易中心10发布交易公告，设置交易申报截止时间。

在交易中心发布交易公告后，购电方及售电方在规定的时间内向交易中心提交交易申报信息，由交易中心进行统一匹配，并确定匹配双方交易成交的价格，匹配成功的购售电双方签订合同，交易达成，完成本次交易出清。

具体地，交易中心10设有用户注册模块，购电方20和售电方30分别通过用户注册模块在交易中心10注册，并将用户id写入数据库。

购电方和售电方分别调用价格保序加密算法模块，加密各自的申报价格生成保序加密密文C，再调用时间戳加密模块分别将各自的申报信息摘要M′和申报时间t生成签名σ，所述申报信息摘要M′由申报方的身份id、保序加密密文C以及申报电量Q和申报时间t生成。

购电方和售电方分别将各自的最终申报消息提交给交易中心，所述最终申报消息包括：用户id，保序加密密文C，申报电量Q，申报信息摘要M′，申报时间t，签名σ和公钥pk；

交易中心汇总申报信息，并验证申报方的身份以及申报信息的真实可靠性，在验证通过后分别对各申报方的保序加密密文C排序，按照高低匹配的方式进行匹配；

交易中心解密申报方的保序加密密文C，确定成交价格，完成本次交易出清。

本发明，交易中心每收到一次用户注册申请，调用一次用户注册算法。在一次集中竞价交易中，申报方可多次调用价格保序加密算法及申报信息时间戳算法；申报截至后，交易中心对每个申报方只需调用一次交易身份校验算法及申报信息校核算法，调用一次价格密文排序匹配算法进行匹配；最后，交易中心根据匹配结果多次调用价格打开算法。本发明，在满足交易出清安全需求的同时，核心算法的实例化运行速度快，能够有效支撑一次集中竞价交易中申报信息的隐私及安全保护，并高效实现交易中心对价格密文的匹配，具备较高的实用性。

与传统的竞价交易相比，实现可信的电力交易出清，针对电力交易出清申报阶段现存的申报价格易泄露、申报信息被篡改等安全风险，基于布谷鸟哈希算法、保序加密技术、数字时间戳技术等密码技术，有效实现了申报价格隐私及申报信息完整性保护。实验结果表明，该方案可兼顾电力交易出清的高效性与安全性，实现安全可信的电力交易出清。

最后，还需要说明的是，在本文中使用的术语"包括"、"包含"或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句"包括一个…"限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本发明并不局限于上述最佳实施方式，任何人应该得知在本发明的启示下做出的结构变化，凡是与本发明具有相同或相近的技术方案，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于密码技术的可信电力交易出清方法，其特征在于，包括以下步骤：

购电方和售电方分别在交易中心注册，并将用户id写入数据库；

交易中心发布交易公告，设置交易申报截止时间；

购电方和售电方分别通过价格保序加密算法加密各自的申报价格生成保序加密密文C；

购电方和售电方分别将各自的申报信息摘要M′和申报时间t生成签名σ，所述申报信息摘要M′由申报方的身份id、保序加密密文C以及申报电量Q和申报时间t生成；

购电方和售电方分别将各自的最终申报消息提交给交易中心，所述最终申报消息包括：用户id，保序加密密文C，申报电量Q，申报信息摘要M′，申报时间t，签名σ和公钥pk；

交易中心汇总申报信息，并验证申报方的身份以及申报信息的真实可靠性，在验证通过后分别对各申报方的保序加密密文C排序，按照高低匹配的方式进行匹配；

交易中心解密申报方的保序加密密文C，确定成交价格，完成本次交易出清。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，采用布谷鸟哈希算法将用户id写入数据库，并采用布谷鸟哈希算法实现申报方身份的可信验证。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，申报方利用价格保序加密算法生成保序加密密文C包括以下步骤：

交易中心通过输入安全参数λ，为所有申报方生成用于本次交易的保序加密的公钥pk和私钥sk；

申报方分别利用自己的私钥sk，将其申报价格加密生成保序加密密文C。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在，申报方生成签名σ的步骤如下：

使用哈希算法生成申报信息摘要M′，所述申报信息包括：申报方的用户id、保序加密密文C以及申报电量Q、申报时间t；

利用私钥sk对申报信息摘要M′和申报时间t进行签名，生成签名σ。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，利用申报方的公钥pk和签名σ解密申报方的保序加密密文C，得到申报方的申报价格。

6.一种基于密码技术的可信电力交易出清系统，包括交易中心、购电方和售电方，交易中心发布交易公告，设置交易申报截止时间，其特征在于，还包括：

注册模块，设置在交易中心，用于购电方和售电方注册，并将用户id写入数据库；

保序加密算法模块，用于购电方和售电方分别通过价格保序加密算法加密各自的申报价格生成保序加密密文C；

时间戳加密模块，用于购电方和售电方分别将各自的申报信息摘要M和申报时间t生成签名σ，所述申报信息摘要M′由申报方的身份id、保序加密密文C以及申报电量Q和申报时间t生成；

购电方和售电方分别将各自的最终申报消息提交给交易中心，所述最终申报消息包括：用户id，保序加密密文C，申报电量Q，申报信息摘要M′，申报时间t，签名σ和公钥pk；

交易中心汇总申报信息，并验证申报方的身份以及申报信息的真实可靠性，在验证通过后分别对各申报方的保序加密密文C排序，按照高低匹配的方式进行匹配；

交易中心解密申报方的保序加密密文C，确定成交价格，完成本次交易出清。

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