CN114844625B

CN114844625B - 基于异构签密和激励机制的换电预约服务方法及设备

Info

Publication number: CN114844625B
Application number: CN202210218950.6A
Authority: CN
Inventors: 曹越; 王迪
Original assignee: Wuhan University WHU
Current assignee: Wuhan University WHU
Priority date: 2022-03-08
Filing date: 2022-03-08
Publication date: 2024-04-16
Anticipated expiration: 2042-03-08
Also published as: CN114844625A

Abstract

本发明提供了一种基于异构签密和激励机制的换电预约服务方法及设备，通过设计的基于演化博弈的激励机制为基于移动边缘计算的换电系统的规划设计、运营决策提供理论支撑，安全性分析与性能评估表明本发明在安全性、通信开销、计算开销和调度性能方面具有明显优势。

Description

基于异构签密和激励机制的换电预约服务方法及设备

技术领域

本发明实施例涉及换电预约服务技术领域，尤其涉及一种基于异构签密和激励机制的换电预约服务方法及设备。

背景技术

目前，电动汽车的普及范围有限，市场份额占比少。现有技术大多聚焦充电预约，针对换电预约的关注甚少。另外，几乎没有研究关注换电预约服务中异构系统之间的签密，导致不同密码系统的实体无法进行安全的异构通信。如何设计激励机制鼓励移动边缘节点采用已有的计算、缓存和通信资源为大规模电动汽车接收、聚合和转发信息仍是该技术领域难点。因此，开发一种基于异构签密和激励机制的换电预约服务方法及设备，可以有效填补上述相关技术中的缺陷，就成为业界亟待解决的技术问题。

发明内容

针对现有技术存在的上述问题，本发明实施例提供了一种基于异构签密和激励机制的换电预约服务方法及设备。

第一方面，本发明的实施例提供了一种基于异构签密和激励机制的换电预约服务方法，包括：步骤1：密钥生成中心KGC和全局控制器GC在系统初始化过程中协作生成系统参数，换电站在全局控制器GC进行注册；步骤2：密钥生成中心KGC为换电站BS_i,i∈{1,2,...,I}生成部分私钥psk_i，换电站BS_i采用部分私钥psk_i进行密钥生成，I为换电站的数量；步骤3：电动汽车EV_j(j∈{1,2,...,J})向私钥生成器PKG发送身份标识ID_j，私钥生成器PKG计算身份标识ID_j的哈希值Q_j＝H₁(ID_j)并为电动汽车EV_j生成的私钥sk_j＝βQ_j，H₁为哈希函数，J为电动汽车的数量,β为密钥生成中心KGC选择的随机数；步骤4：换电站BS_i打包换电等待时长生成消息m_i，换电站BS_i对消息m_i进行签密，生成签密密文σ_i并发送给邻近的移动边缘节点Bus_k(k∈{1,2,...,K})，K为移动边缘节点的数量；步骤5：移动边缘节点Bus_k接收到的签密密文σ_i＝{R_i,K_i,Z_i}(i＝1,2,...,l)后，计算聚合参数/>其中签密密文σ_i由三部分构成，R_i为第一部分签密密文，K_i为第二部分签密密文，Z_i为第三部分签密密文，l为收到的密文数量，移动边缘节点Bus_k生成聚合密文 σ＝{R₁,R₂,...,R_l,K₁,K₂,...,K_l,Z}，Bus_k将聚合密文σ转发给临近的电动汽车EV_j；步骤6：电动汽车EV_j对密文解签密，获取换电等待时长；步骤7：电动汽车EV_j根据换电等待时间进行换电站选择，生成换电预约明文 M_res；步骤8：电动汽车EV_j从为大于零小于素数阶q的整数域/>中选择随机数r_j，计算第一部分签密密文R_j＝r_jP，中间变量T_j＝r_jR_pub，第二部分签密密文中间变量 Y_j＝H₄(M_res||Q_j||ID_j||R_j||T_j)和第三部分签密密文Z_j＝r_j+Y_jsk_j，其中P是阶为q的加法循环群G₁的生成元，R_pub为全局控制器GC的公钥，H₃和 H₄均为哈希函数，电动汽车EV_j生成签密密文σ_j＝{R_j,K_j,Z_j}并将σ_j发送给邻近的移动边缘节点，邻近的移动边缘节点根据基于博弈演化的激励机制将σ_j转发给全局控制器GC；步骤9：全局控制器GC收到σ_j后进行解签密，获取明文信息/>全局控制器GC根据明文信息更新换电站可用电池数量和换电等待时长，并将预约换电的电动汽车信息发送给换电站。

在上述方法实施例内容的基础上，本发明实施例中提供的基于异构签密和激励机制的换电预约服务方法，步骤1的注册，包括：

步骤1.1，系统初始化：

G₁和G₂分别是大素数阶q的加法循环群和乘法循环群，P是G₁的生成元，双线性映射e:G₁×G₁→G₂，密钥生成中心KGC和全局控制器GC 定义5个单向哈希函数：H₀:G₁×{0,1}^*→G₁，H₁:{0,1}^*→G₁， H₃:G₂→{0,1}ⁿ和/>其中 {0,1^*}和{0,1}ⁿ分别表示任意长度的字符串和长度为n的字符串，/>为大于零小于q的整数域，然后，全局控制器GC选择随机数/>作为主密钥，计算公钥R_pub＝sP，密钥生成中心KGC从/>选择随机数β作为主密钥，计算主公钥P_pub＝βP，其中β和s被秘密保存，公开系统参数 syspar＝{q,P,G₁,G₂,R_pub,P_pub,H₀,H₁,H₂,H₃,H₄}；

步骤1.2，注册：

换电站BS_i选择随机数α_i计算中间变量AID_i,1＝α_iP和其中/>为换电站BS_i的真实身份，换电站BS_i向全局控制器GC发送注册请求Req_reg＝{AID_i,1,W_i}；

全局控制器GC收到注册请求Req_reg后，计算真实身份和中间变量/>其中ΔT_i为AID_i,1的有效期，全局控制器GC为换电站BS_i生成假名 />并将/>发送给密钥生成中心KGC和换电站BS_i，然后全局控制器GC在本地存储假名/>用于揭露恶意换电站 BS_i真实身份。

在上述方法实施例内容的基础上，本发明实施例中提供的基于异构签密和激励机制的换电预约服务方法，步骤2的密钥生成，包括：

步骤2.1，密钥生成中心KGC收到假名后，从/>选择随机数xi计算中间变量X_i＝x_iP，/>和 γ_i＝(x_i+βδ_i)modq，密钥生成中心KGC为换电站BS_i生成部分私钥 ps_ik＝{γ_i,X_i}并将psk_i发送给换电站BS_i；

步骤2.2，换电站BS_i收到部分私钥psk_i后计算中间变量δ_i，验证等式γ_iP＝X_i+δ_iP_pub是否成立，等式不成立则终止密钥生成；否则换电站BS_i选择随机数计算sk_i＝ε_i+γ_i作为私钥，计算pk_i＝(ε_i+γ_i)P作为公钥。

在上述方法实施例内容的基础上，本发明实施例中提供的基于异构签密和激励机制的换电预约服务方法，步骤4的签密，包括：

步骤4.1，换电站BS_i间隔时长ΔT_i将换电等待时长WT_i打包生成消息 m_i；

步骤4.2，换电站BS_i随机选择计算中间变量R_i＝r_iP，

Y_i＝H₄(m_i||AID_i||pk_i||R_i||K_i) 和Z_i＝r_i+sk_iY_i；

步骤4.3，换电站BS_i生成签密密文σ_i＝{R_i,K_i,Z_i}，将σ_i发送给邻近的移动边缘节点Bus_k。

在上述方法实施例内容的基础上，本发明实施例中提供的基于异构签密和激励机制的换电预约服务方法，步骤6的电动汽车解签密，包括：

单密文解签密：

电动汽车EV_j收到单密文σ_i＝{R_i,K_i,Z_i}(i∈{1,2,...,l})后，计算中间变量和/>电动汽车EV_j判断等式Z_iP＝R_i+pk_iY_i ^*是否成立，若等式成立则接受消息/>否则丢弃消息

聚合密文解签密：

电动汽车EV_j收到聚合密文σ＝{R₁,R₂,...,R_l,K₁,K₂,...,K_l,Z}后，计算中间变量和Y_i ^*＝H₄(m′_i||AID_i||pk_i||R_i||K_i)，电动汽车EV_j判断等式/>是否成立，若等式成立则接受消息m′_i，否则丢弃消息m′_i。

在上述方法实施例内容的基础上，本发明实施例中提供的基于异构签密和激励机制的换电预约服务方法，步骤7的换电站选择，包括：

其中，为在换电站BS_i等待换电的电动汽车数量，/>为电动汽车在换电站BS_i的换电时长和等待时长之和，Λ_BS为换电站BS的集合,minWT为最小换电等待时长。

在上述方法实施例内容的基础上，本发明实施例中提供的基于异构签密和激励机制的换电预约服务方法，步骤9的全局控制器GC解签密，包括：

全局控制器GC收到σ_j后，计算中间变量和全局控制器GC判断等式 />是否成立，等式成立则接收/>否则丢弃/>

第二方面，本发明的实施例提供了一种基于异构签密和激励机制的换电预约服务装置，包括：第一主模块，用于步骤1：密钥生成中心KGC和全局控制器GC在系统初始化过程中协作生成系统参数，换电站在全局控制器 GC进行注册；步骤2：密钥生成中心KGC为换电站BS_i,i∈{1,2,...,I}生成部分私钥psk_i，换电站BS_i采用部分私钥psk_i进行密钥生成，I为换电站的数量；步骤3：电动汽车EV_j(j∈{1,2,...,J})向私钥生成器PKG发送身份标识ID_j，私钥生成器PKG计算身份标识ID_j的哈希值Q_j＝H₁(ID_j)并为电动汽车EV_j生成的私钥sk_j＝βQ_j，H₁为哈希函数，J为电动汽车的数量,β为密钥生成中心KGC选择的随机数；第二主模块，用于步骤4：换电站 BS_i打包换电等待时长生成消息m_i，换电站BS_i对消息m_i进行签密，生成签密密文σ_i并发送给邻近的移动边缘节点Bus_k(k∈{1,2,...,K})，K 为移动边缘节点的数量；步骤5：移动边缘节点Bus_k接收到的签密密文 σ_i＝{R_i,K_i,Z_i}(i＝1,2,...,l)后，计算聚合参数/>其中签密密文σ_i由三部分构成，R_i为第一部分签密密文，K_i为第二部分签密密文， Z_i为第三部分签密密文，l为收到的密文数量，移动边缘节点Bus_k生成聚合密文σ＝{R₁,R₂,...,R_l,K₁,K₂,...,K_l,Z}，Bus_k将聚合密文σ转发给临近的电动汽车EV_j；第三主模块，用于步骤6：电动汽车EV_j对密文解签密，获取换电等待时长；步骤7：电动汽车EV_j根据换电等待时间进行换电站选择，生成换电预约明文M_res；第四主模块，用于步骤8：电动汽车EV_j从为大于零小于素数阶q的整数域/>中选择随机数r_j，计算第一部分签密密文R_j＝r_jP，中间变量T_j＝r_jR_pub，第二部分签密密文 />中间变量Y_j＝H₄(M_res||Q_j||ID_j||R_j||T_j)和第三部分签密密文Z_j＝r_j+Y_jsk_j，其中P是阶为q的加法循环群G₁的生成元，R_pub为全局控制器GC的公钥，H₃和H₄均为哈希函数，电动汽车EV_j生成签密密文σ_j＝{R_j,K_j,Z_j}并将σ_j发送给邻近的移动边缘节点，邻近的移动边缘节点根据基于博弈演化的激励机制将σ_j转发给全局控制器GC；步骤9：全局控制器GC收到σ_j后进行解签密，获取明文信息/>全局控制器GC根据明文信息/>更新换电站可用电池数量和换电等待时长，并将预约换电的电动汽车信息发送给换电站。

第三方面，本发明的实施例提供了一种电子设备，包括：

至少一个处理器；以及

与处理器通信连接的至少一个存储器，其中：

存储器存储有可被处理器执行的程序指令，处理器调用程序指令能够执行第一方面的各种实现方式中任一种实现方式所提供的基于异构签密和激励机制的换电预约服务方法。

第四方面，本发明的实施例提供了一种非暂态计算机可读存储介质，非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，计算机指令使计算机执行第一方面的各种实现方式中任一种实现方式所提供的基于异构签密和激励机制的换电预约服务方法。

本发明实施例提供的基于异构签密和激励机制的换电预约服务方法及设备，通过设计的基于演化博弈的激励机制为基于移动边缘计算的换电系统的规划设计、运营决策提供理论支撑，安全性分析与性能评估表明本发明在安全性、通信开销、计算开销和调度性能方面具有明显优势。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做一简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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为本发明实施例提供的基于异构签密和激励机制的换电预约服务方法流程图；

图2为本发明实施例提供的基于异构签密和激励机制的换电预约服务装置结构示意图；

图3为本发明实施例提供的电子设备的实体结构示意图；

图4为本发明实施例提供的异构签密的通信开销对比示意图；

图5为本发明实施例提供的换电预约的计算开销对比示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动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。另外，本发明提供的各个实施例或单个实施例中的技术特征可以相互任意结合，以形成可行的技术方案，这种结合不受步骤先后次序和/或结构组成模式的约束，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时，应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

本发明实施例提供了一种基于异构签密和激励机制的换电预约服务方法，参见图1，该方法包括：步骤1：密钥生成中心KGC和全局控制器GC在系统初始化过程中协作生成系统参数，换电站在全局控制器GC进行注册；步骤2：密钥生成中心KGC为换电站BS_i,i∈{1,2,...,I}生成部分私钥psk_i，换电站BS_i采用部分私钥psk_i进行密钥生成，I为换电站的数量；步骤3：电动汽车EV_j(j∈{1,2,...,J})向私钥生成器PKG发送身份标识ID_j，私钥生成器PKG计算身份标识ID_j的哈希值Q_j＝H₁(ID_j)并为电动汽车EV_j生成的私钥sk_j＝βQ_j，H₁为哈希函数，J为电动汽车的数量,β为密钥生成中心KGC选择的随机数；步骤4：换电站BS_i打包换电等待时长生成消息m_i，换电站BS_i对消息m_i进行签密，生成签密密文σ_i并发送给邻近的移动边缘节点Bus_k(k∈{1,2,...,K})，K为移动边缘节点的数量；步骤5：移动边缘节点Bus_k接收到的签密密文σ_i＝{R_i,K_i,Z_i}(i＝1,2,...,l)后，计算聚合参数/>其中签密密文σ_i由三部分构成，R_i为第一部分签密密文，K_i为第二部分签密密文，Z_i为第三部分签密密文，l为收到的密文数量，移动边缘节点Bus_k生成聚合密文 σ＝{R₁,R₂,...,R_l,K₁,K₂,...,K_l,Z}，Bus_k将聚合密文σ转发给临近的电动汽车EV_j；步骤6：电动汽车EV_j对密文解签密，获取换电等待时长；步骤7：电动汽车EV_j根据换电等待时间进行换电站选择，生成换电预约明文 M_res；步骤8：电动汽车EV_j从为大于零小于素数阶q的整数域/>中选择随机数r_j，计算第一部分签密密文R_j＝r_jP，中间变量T_j＝r_jR_pub，第二部分签密密文/>中间变量 Y_j＝H₄(M_res||Q_j||ID_j||R_j||T_j)和第三部分签密密文Z_j＝r_j+Y_jsk_j，其中P是阶为q的加法循环群G₁的生成元，R_pub为全局控制器GC的公钥，H₃和 H₄均为哈希函数，电动汽车EV_j生成签密密文σ_j＝{R_j,K_j,Z_j}并将σ_j发送给邻近的移动边缘节点，邻近的移动边缘节点根据基于博弈演化的激励机制将σ_j转发给全局控制器GC；步骤9：全局控制器GC收到σ_j后进行解签密，获取明文信息/>全局控制器GC根据明文信息/>更新换电站可用电池数量和换电等待时长，并将预约换电的电动汽车信息发送给换电站。

基于上述方法实施例的内容，作为一种可选的实施例，本发明实施例中提供的基于异构签密和激励机制的换电预约服务方法，步骤1的注册，包括：

步骤1.1，系统初始化：

G₁和G₂分别是大素数阶q的加法循环群和乘法循环群，P是G₁的生成元，双线性映射e:G₁×G₁→G₂，密钥生成中心KGC和全局控制器GC 定义5个单向哈希函数：H₀:G₁×{0,1}^*→G₁，H₁:{0,1}^*→G₁， H₃:G₂→{0,1}ⁿ和/>其中{0,1^*}和{0,1}ⁿ分别表示任意长度的字符串和长度为n的字符串，/>为大于零小于q的整数域，然后，全局控制器GC选择随机数/>作为主密钥，计算公钥R_pub＝sP，密钥生成中心KGC从/>选择随机数β作为主密钥，计算主公钥P_pub＝βP，其中β和s被秘密保存，公开系统参数 syspar＝{q,P,G₁,G₂,R_pub,P_pub,H₀,H₁,H₂,H₃,H₄}；

步骤1.2，注册：

基于上述方法实施例的内容，作为一种可选的实施例，本发明实施例中提供的基于异构签密和激励机制的换电预约服务方法，步骤2的密钥生成，包括：

步骤2.1，密钥生成中心KGC收到假名后，从/>选择随机数x_i计算中间变量X_i＝x_iP，/>和 γ_i＝(x_i+βδ_i)modq，密钥生成中心KGC为换电站BS_i生成部分私钥 psk_i＝{γ_i,X_i}并将psk_i发送给换电站BS_i；

基于上述方法实施例的内容，作为一种可选的实施例，本发明实施例中提供的基于异构签密和激励机制的换电预约服务方法，步骤4的签密，包括：

步骤4.2，换电站BS_i随机选择计算中间变量R_i＝r_iP，

Y_i＝H₄(m_i||AID_i||pk_i||R_i||K_i) 和Z_i＝r_i+sk_iY_i；

基于上述方法实施例的内容，作为一种可选的实施例，本发明实施例中提供的基于异构签密和激励机制的换电预约服务方法，步骤6的电动汽车解签密，包括：

单密文解签密：

电动汽车EV_j收到单密文σ_i＝{R_i,K_i,Z_i}(i∈{1,2,...,l})后，计算中间变量和/>电动汽车EV_j判断等式Z_iP＝R_i+pk_iY_i ^*是否成立，若等式成立则接受消息/>否则丢弃消息/>

聚合密文解签密：

电动汽车EV_j收到聚合密文σ＝{R₁,R₂,...,R_l,K₁,K₂,...,K_l,Z}后，计算中间变量和 Y_i ^*＝H₄(m'_i||AID_i||pk_i||R_i||K_i)，电动汽车EV_j判断等式 />是否成立，若等式成立则接受消息m_i'，否则丢弃消息m'_i。

基于上述方法实施例的内容，作为一种可选的实施例，本发明实施例中提供的基于异构签密和激励机制的换电预约服务方法，步骤7的换电站选择，包括：

步骤8的基于博弈演化的激励机制，包括：

由于移动边缘节点在信息传输过程中存在集群演化和博弈，移动边缘节点的选择策略包括其中/>表示接收、聚合信息并转发， />表示接收、聚合信息但不转发，GC的选择策略为/>其中/>表示更新预约换电信息，/>表示不更新预约信息，设移动边缘节点接收、聚合信息并转发的概率和全局控制器GC更新预约的概率分别为x和 y；

假设移动边缘节点转发数据的成本为c₁；移动边缘节点不转发数据， GC通过其他方式获取信息的成本为c₂；GC更新换电预约的成本为c₃；移动边缘节点转发数据，但GC不更新换电预约时，移动边缘节点的额外成本为c₄；无论移动边缘节点是否转发数据，GC给予移动边缘节点激励r₁，而GC的激励成本为c₅；若移动边缘节点转发数据，则激励系数为η，否则激励系数为1-η；r₂为GC收到移动边缘节点转发的数据所带来的收益；GC更新换电预约时，GC的收益和移动边缘节点的额外收益分别为r₃和 r₄，根据上述参数，可以推导出移动边缘节点转发信息的收益为

移动边缘节点不转发信息的收益为

因此，移动边缘节点的平均收益为

GC更新预约的收益为

GC不更新预约的收益为

因此，GC的平均收益为

由式(2)和式(4)可得，移动边缘节点转发信息的动态方程为

由式(5)和式(7)可得，GC更新预约的动态方程为

基于上述方法实施例的内容，作为一种可选的实施例，本发明实施例中提供的基于异构签密和激励机制的换电预约服务方法，步骤9的全局控制器GC解签密，包括：

全局控制器GC收到σ_j后，计算中间变量和全局控制器GC判断等式/>是否成立，等式成立则接收/>否则丢弃 />

本发明实施例提供的基于异构签密和激励机制的换电预约服务方法，通过设计的基于演化博弈的激励机制为基于移动边缘计算的换电系统的规划设计、运营决策提供理论支撑，安全性分析与性能评估表明本发明在安全性、通信开销、计算开销和调度性能方面具有明显优势。

本发明各个实施例的实现基础是通过具有处理器功能的设备进行程序化的处理实现的。因此在工程实际中，可以将本发明各个实施例的技术方案及其功能封装成各种模块。基于这种现实情况，在上述各实施例的基础上，本发明的实施例提供了一种基于异构签密和激励机制的换电预约服务装置，该装置用于执行上述方法实施例中的基于异构签密和激励机制的换电预约服务方法。参见图2，该装置包括：第一主模块，用于步骤1：密钥生成中心KGC和全局控制器GC在系统初始化过程中协作生成系统参数，换电站在全局控制器GC进行注册；步骤2：密钥生成中心KGC为换电站 BS_i,i∈{1,2,...,I}生成部分私钥psk_i，换电站BS_i采用部分私钥psk_i进行密钥生成，I为换电站的数量；步骤3：电动汽车EV_j(j∈{1,2,...,J})向私钥生成器PKG发送身份标识ID_j，私钥生成器PKG计算身份标识ID_j的哈希值Q_j＝H₁(ID_j)并为电动汽车EV_j生成的私钥sk_j＝βQ_j，H₁为哈希函数，J为电动汽车的数量,β为密钥生成中心KGC选择的随机数；第二主模块，用于步骤4：换电站BS_i打包换电等待时长生成消息m_i，换电站BS_i对消息m_i进行签密，生成签密密文σi并发送给邻近的移动边缘节点Bus_k(k∈{1,2,...,K})，K为移动边缘节点的数量；步骤5：移动边缘节点 Bus_k接收到的签密密文σ_i＝{R_i,K_i,Z_i}(i＝1,2,...,l)后，计算聚合参数 />其中签密密文σ_i由三部分构成，R_i为第一部分签密密文， K_i为第二部分签密密文，Z_i为第三部分签密密文，l为收到的密文数量，移动边缘节点Bus_k生成聚合密文σ＝{R₁,R₂,...,R_l,K₁,K₂,...,K_l,Z}， Bus_k将聚合密文σ转发给临近的电动汽车EV_j；第三主模块，用于步骤6：电动汽车EV_j对密文解签密，获取换电等待时长；步骤7：电动汽车EV_j根据换电等待时间进行换电站选择，生成换电预约明文M_res；第四主模块，用于步骤8：电动汽车EV_j从为大于零小于素数阶q的整数域/>中选择随机数r_j，计算第一部分签密密文R_j＝r_jP，中间变量T_j＝r_jR_pub，第二部分签密密文/>中间变量Y_j＝H₄(M_res||Q_j||ID_j||R_j||T_j)和第三部分签密密文Z_j＝r_j+Y_jsk_j，其中P是阶为q的加法循环群G₁的生成元，R_pub为全局控制器GC的公钥，H₃和 H₄均为哈希函数，电动汽车EV_j生成签密密文σ_j＝{R_j,K_j,Z_j}并将σ_j发送给邻近的移动边缘节点，邻近的移动边缘节点根据基于博弈演化的激励机制将σ_j转发给全局控制器GC；步骤9：全局控制器GC收到σj后进行解签密，获取明文信息/>全局控制器GC根据明文信息/>更新换电站可用电池数量和换电等待时长，并将预约换电的电动汽车信息发送给换电站。

本发明实施例提供的基于异构签密和激励机制的换电预约服务装置，采用图2中的若干模块，通过设计的基于演化博弈的激励机制为基于移动边缘计算的换电系统的规划设计、运营决策提供理论支撑，安全性分析与性能评估表明本发明在安全性、通信开销、计算开销和调度性能方面具有明显优势。

在另一实施例中，1.模型结构布局：换电站(Battery Swapping Station，BS)：BS不仅配置了许多可用电池，以支持电动汽车将电量耗尽的电池更换为电量充足的电池，还安装了许多充电槽为换下的电量不足电池充电。BS隶属无证书密码系统(Certificateless Cryptosystem， CLC)实体，采用无证书签密对换电等待时长进行签密，然后利用移动边缘节点将密文转发给电动汽车，供电动汽车选择合适的换电站进行换电。

电动汽车(Electric Vehicle,EV)：EV隶属基于身份的密码系统 (Identity-Based Cryptosystem，IBC)实体，当EV的电量低于阈值时， EV采用基于身份的签密对换电预约信息签密，然后利用移动边缘节点将预约信息转发给全局控制器进行换电预约。

移动边缘节点：具备通信、计算能力的移动公交(Bus)是网络中的移动边缘节点，Bus隶属于CLC。Bus是BS与EV、EV与全局控制器的通信桥梁,即Bus聚合BS的状态信息并转发给电动汽车，也可以聚合电动汽车预约换电信息并转发给全局控制器。

全局控制器(Global Controller，GC)：GC作为一个集中式的云端，隶属于CLC，GC根据Bus转发的聚合消息更新换电站换电等待时长，然后 GC向BS发送EV信息表明预约换电。GC不仅参与系统初始化中主密钥和主公钥的生成，还能追踪发送虚假信息的换电站真实身份。

密钥生成中心(Key Generation Center，KGC)：参与系统初始化中主密钥和系统参数的生成，为CLC中的换电站和移动边缘节点生成密钥。

私钥生成器(Private Key Generator，PKG)：参与系统初始化中主密钥和系统参数的生成，为IBC中的电动汽车生成密钥。

2.本发明的安全高效换电预约服务方案

本发明提出的基于异构签密、激励和移动边缘计算的安全高效换电预约方法的具体实现过程，换电预约的安全信息交互具体实现过程如下:

(1)系统初始化：

G₁和G₂分别是大素数阶q的加法循环群和乘法循环群，P是G₁的生成元，双线性映射e:G₁×G₁→G₂，密钥生成中心(Key Generation Center， KGC)和全局控制器(GlobalController，GC)定义5个单向哈希函数： H₀:G₁×{0,1}^*→G₁，H₁:{0,1}^*→G₁，H₃:G₂→{0,1}ⁿ和 />其中{0,1}^*和{0,1}ⁿ分别表示任意长度的字符串和长度为n的字符串，/>为大于零小于q的整数域，然后，GC选择随机数作为主密钥，计算R_pub＝sP作为公钥，KGC从/>选择随机数β作为主密钥，计算主公钥P_pub＝βP，其中β和s被秘密保存，最后，公开系统参数 sysoar＝{q，P，G₁，G₂，R_pub，P_pub，H₀，H₁，H₂，H₃，H₄}；

(2)注册：

换电站BS_i(i∈{1,2,..I.,选择随机数α_i计算中间变量AID_i,1＝α_iP和其中/>为BS_i的真实身份，I为换电站的数量，BS_i向 GC发送注册请求Req_reg＝{AID_i,1,W_i}；

GC收到Req_reg后，计算和中间变量 />其中ΔT_i为AID_i,1的有效期，GC为BS_i生成假名 />并将/>发送给KGC和BS_i，然后GC在本地存储 />用于将来揭露恶意BS_i真实身份。

CLC密钥生成

KGC收到后，从/>选择随机数x_i计算中间变量 X_i＝x_iP，和γi＝(x_i+βδ_i)modq，KGC为BS_i生成部分私钥 psk_i＝{γ_i,X_i}并将psk_i发送给BS_i；

BS_i收到psk_i后首先计算中间变量δ_i，然后验证等式γ_iP＝X_i+δ_iP_pub是否成立，等式不成立则终止密钥生成；否则BS_i选择随机数计算sk_i＝ε_i+γ_i作为自己的私钥，计算pk_i＝(ε_i+γ_i)P作为自己的公钥。

IBC密钥生成

电动汽车EV_j(j∈{1,2,...,J})向私钥生成器(Private Key Generator， PKG)发送身份标识ID_j，PKG计算Q_j＝H₁(ID_j)并为EV_j生成的私钥 sk_j＝βQ_j，J为电动汽车的数量。

签密

换电站BS_i间隔时长ΔT_i将换电等待时长WT_i打包生成消息m_i；

换电站BS_i随机选择计算中间变量R_i＝r_iP，/> Y_i＝H₄(m_i||AID_i||pk_i||R_i||K_i)和Z_i＝r_i+sk_iY_i；

换电站BS_i生成签密密文σ_i＝{R_i,K_i,Z_i}，然后将σ_i发送给邻近的移动边缘节点Bus_k(k∈{1,2,...,K})，K为移动边缘节点的数量。

聚合

Bus_k接收到的签密密文σ_i＝{R_i,K_i,Z_i}(i＝1,2,...,l)后，计算聚合参数其中l为收到的密文数量，然后Bus_k生成聚合密文 σ＝{R₁,R₂,...,R_l,K₁,K₂,...,K_l,Z}，Bus_k将聚合密文σ转发给临近的电动汽车EV_j停车预约。

解签密

由于电动汽车EV_j在时间间隔ΔT_i既可能收到单密文 σ_i＝{R_i,K_i,Z_i}(i∈{1,2,...,l})也可能收到聚合密文σ＝{R₁,R₂,...,R_l,K₁,K₂,...,K_l,Z}，因此所述电动汽车解签密分为单密文解签密和聚合密文解签密两个过程：

单密文解签密

电动汽车EV_j收到单密文σ_i＝{R_i，K_i，Z_i}(i＝{1，2，...，l})后，计算中间变量和/>然后 EV_j判断等式Z_iP＝R_i+pk_iY_i ^*是否成立，若等式成立则接受消息/>否则丢弃消息/>

聚合密文解签密

电动汽车EV_j收到聚合密文σ＝{R₁,R₂,...,R_l,K₁,K₂,...,K_l,Z}后，计算中间变量和Y_i ^*＝H₄(m′_i||AID_i||pk_i||R_i||K_i)，然后EV_j判断等式/>是否成立，若等式成立则接受消息m′_i，否则丢弃消息m′_i。

换电预约请求

电动汽车EV_j根据换电等待时长进行换电站选择，然后生成换电预约明文M_re，EV_j随机选择计算中间变量R_j＝r_jP，T_j＝r_jR_pub， />Y_j＝H₄(M_res||Q_j||ID_j||R_j||T_j)和Z_j＝r_j+Y_jsk_j，EV_j生成签密密文 σ_j＝{R_j,K_j,Z_j}并将σ_j发送给邻近的移动边缘节点，邻近的移动边缘节点根据基于博弈演化的激励机制将σ_j转发给全局控制器GC。

换电站状态更新

GC收到σ_j后，计算中间变量明文信息/>和中间变量然后GC判断等式/>是否成立，等式成立则接收/>否则丢弃/>GC根据/>更新换电站可用电池数量和换电等待时间，并将预约换电的电动汽车信息发送给换电站。

3.本发明的安全性评估

表1评估了本发明设计的安全高效换电预约方案的安全性，与现有研究方案相比较，具有匿名性、条件隐私性、抗重放攻击和安全聚合。

表1安全性评估

匿名性

攻击者可以通过两种方式获取换电站的真实身份①通过计算得到/>虽然R_pub和W_i公开，但是攻击者无法获得BS_i选择的随机数α_i，因此攻击者无法获得换电站的真实身份/>②攻击者通过计算/>得到/>虽然W_i和AID_i,1公开，但是攻击者无法获得GC 选择的随机数s，因此攻击者无法获得换电站的真实身份/>综上所述，本发明确保了换电站身份匿名性。

条件隐私性

一旦检测到换电站发送虚假的信息，GC利用主密钥s和公开参数W_i和 AID_i,1计算换电站的真实身份并在全网公布/>

抗重放攻击

通过核验假名信息中AID_i,1的有效期ΔT_i的新鲜度，本发明有效抵御重放攻击。

安全聚合

移动边缘节点将换电站发送的信息聚合后转发给EV，EV通过批验证检测CLC系统的聚合密文的有效性，提高信息的计算效率。移动边缘节点将EV的换电预约信息聚合后转发给GC，GC通过批验证IBC系统的聚合密文的有效性，降低消息的计算开销。

4.本发明通信开销分析

安全高效换电预约服务过程中产生的通信开销包括CLC系统的密钥、 IBC系统的密钥和签密密文，其中密钥是指公钥和私钥。表2为本发明安全高效换电预约服务的通信开销与现有方案的比较结果，其中|G₁|、分别表示循环群G₁和有限域/>中的元素大小，|t_i|和|m_i|分别表示时间戳和消息的大小。|G₁|、/>t_i|和|m_i|分别为65bytes、20bytes、4bytes 和20bytes。

图4为异构签密的通信开销对比示意图。本发明中CLC系统的密钥为 {sk_i,pk_i}，其中私钥为公钥为pk_i＝(ε_i+γ_i)P∈G₁，因此 CLC中的密钥的通信开销为本发明中IBC系统的密钥为{sk_i,pk_i}，其中私钥为sk_j＝βQ_j∈G₁，公钥为pk_i＝H₁(ID_j)∈G₁，因此IBC中的密钥的通信开销为2|G₁|＝2×65＝130bytes。本发明中签密密文 σ_i＝{R_i,K_i,Z_i}，其中cc，/>因此，本发明的密文的通信开销为 />

表2通信开销比较

5.本发明计算开销分析

假设T_mul、T_add、T_bp、T_ex和T_Gh分别为G₁上的乘法运算、G₁上的加法运算、双线性对运算、G₂上的指数运算和G₁上的哈希运算。与上述运算相比，上的乘法运算、哈希运算和加法运算和异或运算的运行时间很微小，可以忽略不计。实验使用内存16GGB、频率3.1GHz的笔记本和java pairing-based cryptography(jPBC)library模拟实验。T_mul、T_add、T_bp、 T_ex和T_Gh分别消耗30.55ms、1.67ms、40.1ms、4.4ms和70.02ms，表3为计算开销比较结果。

表3计算开销比较

图5为换电预约的计算开销对比示意图，在签密数据时，计算R_i需要1 次T_mul运算，计算A_i需要1次T_bp运算和1次T_ex运算，因此，签密的计算开销为T_mul+T_bp+T_ex。单消息解签密时，计算需要1次T_bp运算，而验证密文需要2次T_mul运算和1次T_add运算，因此，单消息解签密的计算开销为 2T_mul+T_bp+T_add。由于F.Li et al.和Y.Li et al.频繁采用计算复杂的双线性对运算和G₁上的哈希运算，导致计算开销较大。A.Elkhalil et al. 没有使用双线性对映射，因此计算开销最小。本发明单消息解签密的计算开销平均降低了35.22％。

6.本发明调度性能

表4调度性能比较

调度性能仿真在Opportunistic Network Environment(ONE)平台运行，网络中总共部署了9个换电站和40个移动边缘节点，本发明对比了换电预约服务(不包含签密和激励机制)与本发明(包含签密和激励机制的换电预约服务)的调度性能。

表4为调度性能比较结果，主要从换电预约服务的等待时间、换电车辆和聚合信令开销三方面评估。结果表明，虽然本发明的调度性能比不包含签密和激励机制的换电预约服务的调度性能稍显逊色，但本发明在确保高效的调度性能的基础上，不仅实现换电预约服务中跨密码系统的安全异构通信，还推动移动边缘节点积极主动参与数据的接收、聚合和转发，因此，本发明的优势较为突出。

需要说明的是，本发明提供的装置实施例中的装置，除了可以用于实现上述方法实施例中的方法外，还可以用于实现本发明提供的其他方法实施例中的方法，区别仅仅在于设置相应的功能模块，其原理与本发明提供的上述装置实施例的原理基本相同，只要本领域技术人员在上述装置实施例的基础上，参考其他方法实施例中的具体技术方案，通过组合技术特征获得相应的技术手段，以及由这些技术手段构成的技术方案，在保证技术方案具备实用性的前提下，就可以对上述装置实施例中的装置进行改进，从而得到相应的装置类实施例，用于实现其他方法类实施例中的方法。例如：

基于上述装置实施例的内容，作为一种可选的实施例，本发明实施例中提供的基于异构签密和激励机制的换电预约服务装置，还包括：第一子模块，用于实现步骤1的注册，包括：

步骤1.1，系统初始化：

步骤1.2，注册：

全局控制器GC收到注册请求Req_reg后，计算真实身份和中间变量/>其中ΔT_i为AID_i,1的有效期，全局控制器GC为换电站BS_i生成假名 />并将/>发送给密钥生成中心KGC和换电站BS_i，然后全局控制器GC在本地存储假名/>用于揭露恶意换电站BS_i真实身份。

基于上述装置实施例的内容，作为一种可选的实施例，本发明实施例中提供的基于异构签密和激励机制的换电预约服务装置，还包括：第二子模块，用于实现步骤2的密钥生成，包括：

步骤2.1，密钥生成中心KGC收到假名后，从/>选择随机数xi计算中间变量X_i＝x_iP，/>和 γ_i＝(x_i+βδ_i)modq，密钥生成中心KGC为换电站BS_i生成部分私钥 psk_i＝{γ_i,X_i}并将psk_i发送给换电站BS_i；

步骤2.2，换电站BS_i收到部分私钥psk_i后计算中间变量δ_i，验证等式γ_iP＝X_i+δ_iP_pub是否成立，等式不成立则终止密钥生成；否则换电站 BS_i选择随机数计算sk_i＝ε_i+γ_i作为私钥，计算pk_i＝(ε_i+γ_i)P 作为公钥。

基于上述装置实施例的内容，作为一种可选的实施例，本发明实施例中提供的基于异构签密和激励机制的换电预约服务装置，还包括：第三子模块，用于实现步骤4的签密，包括：

步骤4.2，换电站BS_i随机选择计算中间变量R_i＝r_iP，

Y_i＝H₄(m_i||AID_i||pk_i||R_i||K_i) 和Z_i＝r_i+sk_iY_i；

基于上述装置实施例的内容，作为一种可选的实施例，本发明实施例中提供的基于异构签密和激励机制的换电预约服务装置，还包括：第四子模块，用于实现步骤6的电动汽车解签密，包括：

单密文解签密：

聚合密文解签密：

电动汽车EV_j收到聚合密文σ＝{R₁,R₂,...,R_l,K₁,K₂,...,K_l,Z}后，计算中间变量和 Y_i ^*＝H₄(m'_i||AID_i||pk_i||R_i||K_i)，电动汽车EV_j判断等式 />是否成立，若等式成立则接受消息m'_i，否则丢弃消息m'_i。

基于上述装置实施例的内容，作为一种可选的实施例，本发明实施例中提供的基于异构签密和激励机制的换电预约服务装置，还包括：第五子模块，用于实现步骤7的换电站选择，包括：

基于上述装置实施例的内容，作为一种可选的实施例，本发明实施例中提供的基于异构签密和激励机制的换电预约服务装置，还包括：第六子模块，用于实现步骤9的全局控制器GC解签密，包括：

本发明实施例的方法是依托电子设备实现的，因此对相关的电子设备有必要做一下介绍。基于此目的，本发明的实施例提供了一种电子设备，如图3所示，该电子设备包括：至少一个处理器(processor)、通信接口 (Communications Interface)、至少一个存储器(memory)和通信总线，其中，至少一个处理器，通信接口，至少一个存储器通过通信总线完成相互间的通信。至少一个处理器可以调用至少一个存储器中的逻辑指令，以执行前述各个方法实施例提供的方法的全部或部分步骤。

此外，上述的至少一个存储器中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个方法实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括： U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件实现。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

附图中的流程图和框图显示了根据本发明的多个实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。基于这种认识，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

在本专利中，术语"包括"、"包含"或者其任何其它变体意在涵盖非排它性的包含，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它要素，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……"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。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims

1.一种基于异构签密和激励机制的换电预约服务方法，其特征在于，包括：步骤1：密钥生成中心KGC和全局控制器GC在系统初始化过程中协作生成系统参数，换电站在全局控制器GC进行注册；步骤2：密钥生成中心KGC为换电站BS_i,i∈{1,2,...,I}生成部分私钥psk_i，换电站BS_i采用部分私钥psk_i进行密钥生成，I为换电站的数量；步骤3：电动汽车EV_j(j∈{1,2,...,J})向私钥生成器PKG发送身份标识ID_j，私钥生成器PKG计算身份标识ID_j的哈希值Q_j＝H₁(ID_j)并为电动汽车EV_j生成的私钥sk_j＝βQ_j，H₁为哈希函数，J为电动汽车的数量,β为密钥生成中心KGC选择的随机数；步骤4：换电站BS_i打包换电等待时长生成消息m_i，换电站BS_i对消息m_i进行签密，生成签密密文σi并发送给邻近的移动边缘节点Bus_k(k∈{1,2,...,K})，K为移动边缘节点的数量；步骤5：移动边缘节点Bus_k接收到的签密密文σ_i＝{R_i,K_i,Z_i}(i＝1,2,...,l)后，计算聚合参数/>其中签密密文σi由三部分构成，R_i为第一部分签密密文，K_i为第二部分签密密文，Z_i为第三部分签密密文，l为收到的密文数量，移动边缘节点Bus_k生成聚合密文σ＝{R₁,R₂,...,R_l,K₁,K₂,...,K_l,Z}，Bus_k将聚合密文σ转发给临近的电动汽车EV_j；步骤6：电动汽车EV_j对密文解签密，获取换电等待时长；步骤7：电动汽车EV_j根据换电等待时间进行换电站选择，生成换电预约明文M_res；步骤8：电动汽车EV_j从为大于零小于素数阶q的整数域/>中选择随机数r_j，计算第一部分签密密文R_j＝r_jP，中间变量T_j＝r_jR_pub，第二部分签密密文/>中间变量Y_j＝H₄(M_res||Q_j||ID_j||R_j||T_j)和第三部分签密密文Z_j＝r_j+Y_jsk_j，其中P是阶为q的加法循环群G₁的生成元，R_pub为全局控制器GC的公钥，H₃和H₄均为哈希函数，电动汽车EV_j生成签密密文σ_j＝{R_j,K_j,Z_j}并将σ_j发送给邻近的移动边缘节点，邻近的移动边缘节点根据基于博弈演化的激励机制将σ_j转发给全局控制器GC；步骤9：全局控制器GC收到σj后进行解签密，获取明文信息全局控制器GC根据明文信息/>更新换电站可用电池数量和换电等待时长，并将预约换电的电动汽车信息发送给换电站。

2.根据权利要求1所述的基于异构签密和激励机制的换电预约服务方法，其特征在于，步骤1的注册，包括：

步骤1.1，系统初始化：

G₁和G₂分别是大素数阶q的加法循环群和乘法循环群，P是G₁的生成元，双线性映射e:G₁×G₁→G₂，密钥生成中心KGC和全局控制器GC定义5个单向哈希函数：H₀:G₁×{0,1}^*→G₁，H₁:{0,1}^*→G₁，H₃:G₂→{0,1}ⁿ和/>其中{0,1}^*和{0,1}ⁿ分别表示任意长度的字符串和长度为n的字符串，/>为大于零小于q的整数域，然后，全局控制器GC选择随机数/>作为主密钥，计算公钥R_pub＝sP，密钥生成中心KGC从选择随机数β作为主密钥，计算主公钥P_pub＝βP，其中β和s被秘密保存，公开系统参数syspar＝{q,P,G₁,G₂,R_pub,P_pub,H₀,H₁,H₂,H₃,H₄}；

步骤1.2，注册：

换电站BS_i选择随机数α_i计算中间变量AID_i,1＝α_iP和其中为换电站BS_i的真实身份，换电站BS_i向全局控制器GC发送注册请求Req_reg＝{AID_i,1,W_i}；

全局控制器GC收到注册请求Req_reg后，计算真实身份和中间变量/>其中ΔT_i为AID_i,1的有效期，全局控制器GC为换电站BS_i生成假名/>并将/>发送给密钥生成中心KGC和换电站BS_i，然后全局控制器GC在本地存储假名/>用于揭露恶意换电站BS_i真实身份。

3.根据权利要求2所述的基于异构签密和激励机制的换电预约服务方法，其特征在于，步骤2的密钥生成，包括：

步骤2.1，密钥生成中心KGC收到假名后，从/>选择随机数x_i计算中间变量X_i＝x_iP，/>和γ_i＝(x_i+βδ_i)modq，密钥生成中心KGC为换电站BS_i生成部分私钥psk_i＝{γ_i,X_i}并将psk_i发送给换电站BS_i；

4.根据权利要求3所述的基于异构签密和激励机制的换电预约服务方法，其特征在于，步骤4的签密，包括：

步骤4.1，换电站BS_i间隔时长ΔT_i将换电等待时长WT_i打包生成消息m_i；

步骤4.2，换电站BS_i随机选择计算中间变量R_i＝r_iP，

Y_i＝H₄(m_i||AID_i||pk_i||R_i||K_i)和Z_i＝r_i+sk_iY_i；

5.根据权利要求4所述的基于异构签密和激励机制的换电预约服务方法，其特征在于，步骤6的电动汽车解签密，包括：

单密文解签密：

聚合密文解签密：

电动汽车EV_j收到聚合密文σ＝{R₁,R₂,...,R_l,K₁,K₂,...,K_l,Z}后，计算中间变量和Y_i ^*＝H₄(m'_i||AID_i||pk_i||R_i||K_i)，电动汽车EV_j判断等式/>是否成立，若等式成立则接受消息m'_i，否则丢弃消息m'_i。

6.根据权利要求5所述的基于异构签密和激励机制的换电预约服务方法，其特征在于，步骤7的换电站选择，包括：

7.根据权利要求6所述的基于异构签密和激励机制的换电预约服务方法，其特征在于，步骤8的基于博弈演化的激励机制，包括：由于移动边缘节点在信息传输过程中存在集群演化和博弈，移动边缘节点的选择策略包括其中/>表示接收、聚合信息并转发，/>表示接收、聚合信息但不转发，全局控制器GC的选择策略为/>其中表示更新预约换电信息，/>表示不更新预约信息，设移动边缘节点接收、聚合信息并转发的概率和全局控制器GC更新预约的概率分别为x和y；

假设移动边缘节点转发数据的成本为c₁；移动边缘节点不转发数据，全局控制器GC通过其他方式获取信息的成本为c₂；全局控制器GC更新换电预约的成本为c₃；移动边缘节点转发数据，但全局控制器GC不更新换电预约时，移动边缘节点的额外成本为c₄；无论移动边缘节点是否转发数据，全局控制器GC给予移动边缘节点激励r₁，而全局控制器GC的激励成本为c₅；若移动边缘节点转发数据，则激励系数为η，否则激励系数为1-η；r₂为全局控制器GC收到移动边缘节点转发的数据所带来的收益；全局控制器GC更新换电预约时，全局控制器GC的收益和移动边缘节点的额外收益分别为r₃和r₄移动边缘节点转发信息的收益为：

θ₁₁＝y(ηr₁+r₄-c₁)+(1-y)(ηr₁-c₄-c₁)

＝yr₄+ηr₁-c₁-(1-y)c₄

移动边缘节点不转发信息的收益为

θ₁₂＝y[r₄+(1-η)r₁]+(1-y)(1-η)r₁

＝yr₄+(1-η)r₁

因此，移动边缘节点的平均收益为

θ₁₃＝xθ₁₁+(1-x)θ₁₂

＝(1-η-x-2ηx)r₁+yr₄-xc₁-xc₄(1-y)

全局控制器GC更新预约的收益为

θ₂₁＝x(r₃+r₂-c₃-ηc₅)+(1-x)[r₃-(1-η)c₅-c₂-c₃]

＝xr₂+r₃-(2ηx+1-η-x)c₅-(1-x)c₂-c₃

全局控制器GC不更新预约的收益为

θ₂₂＝x(r₂-ηc₅)-(1-x)(1-η)c₅

＝xr₂+(η-1+x-2ηx)c₅

因此，全局控制器GC的平均收益为

θ₂₃＝yθ₂₁+(1-y)θ₂₂

＝xr₂+yr₃-(1-x)yc₂-yc₃-(1-η-x+2ηx)c₅

移动边缘节点转发信息的动态方程为

全局控制器GC更新预约的动态方程为

8.根据权利要求7所述的基于异构签密和激励机制的换电预约服务方法，其特征在于，步骤9的全局控制器GC解签密，包括：

全局控制器GC收到σ_j后，计算中间变量和全局控制器GC判断等式/>是否成立，等式成立则接收/>否则丢弃/>

9.一种基于异构签密和激励机制的换电预约服务装置，其特征在于，包括：第一主模块，用于步骤1：密钥生成中心KGC和全局控制器GC在系统初始化过程中协作生成系统参数，换电站在全局控制器GC进行注册；步骤2：密钥生成中心KGC为换电站BS_i,i∈{1,2,...,I}生成部分私钥psk_i，换电站BS_i采用部分私钥psk_i进行密钥生成，I为换电站的数量；步骤3：电动汽车EV_j(j∈{1,2,...,J})向私钥生成器PKG发送身份标识ID_j，私钥生成器PKG计算身份标识ID_j的哈希值Q_j＝H₁(ID_j)并为电动汽车EV_j生成的私钥sk_j＝βQ_j，H₁为哈希函数，J为电动汽车的数量,β为密钥生成中心KGC选择的随机数；第二主模块，用于步骤4：换电站BS_i打包换电等待时长生成消息m_i，换电站BS_i对消息m_i进行签密，生成签密密文σi并发送给邻近的移动边缘节点Bus_k(k∈{1,2,...,K})，K为移动边缘节点的数量；步骤5：移动边缘节点Bus_k接收到的签密密文σ_i＝{R_i,K_i,Z_i}(i＝1,2,...,l)后，计算聚合参数/>其中签密密文σ_i由三部分构成，R_i为第一部分签密密文，K_i为第二部分签密密文，Z_i为第三部分签密密文，l为收到的密文数量，移动边缘节点Bus_k生成聚合密文σ＝{R₁,R₂,...,R_l,K₁,K₂,...,K_l,Z}，Bus_k将聚合密文σ转发给临近的电动汽车EV_j；第三主模块，用于步骤6：电动汽车EV_j对密文解签密，获取换电等待时长；步骤7：电动汽车EV_j根据换电等待时间进行换电站选择，生成换电预约明文M_res；第四主模块，用于步骤8：电动汽车EV_j从为大于零小于素数阶q的整数域/>中选择随机数r_j，计算第一部分签密密文R_j＝r_jP，中间变量T_j＝r_jR_pub，第二部分签密密文/>中间变量Y_j＝H₄(M_res||Q_j||ID_j||R_j||T_j)和第三部分签密密文Z_j＝r_j+Y_jsk_j，其中P是阶为q的加法循环群G₁的生成元，R_pub为全局控制器GC的公钥，H₃和H₄均为哈希函数，电动汽车EV_j生成签密密文σ_j＝{R_j,K_j,Z_j}并将σ_j发送给邻近的移动边缘节点，邻近的移动边缘节点根据基于博弈演化的激励机制将σ_j转发给全局控制器GC；步骤9：全局控制器GC收到σj后进行解签密，获取明文信息/>全局控制器GC根据明文信息/>更新换电站可用电池数量和换电等待时长，并将预约换电的电动汽车信息发送给换电站。

10.一种电子设备，其特征在于，包括：

至少一个处理器、至少一个存储器和通信接口；其中，

所述处理器、存储器和通信接口相互间进行通信；

所述存储器存储有可被所述处理器执行的程序指令，所述处理器调用所述程序指令，以执行权利要求1至8任一项权利要求所述的方法。

11.一种非暂态计算机可读存储介质，其特征在于，所述非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令使所述计算机执行权利要求1至8中任一项权利要求所述的方法。