CN115001721A - 一种基于区块链的智能电网的安全认证方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于区块链的智能电网的安全认证方法及系统,涉及信息安全技术领域。包括:TTPC创建身份区块链以及认证区块链;SM基于身份区块链生成SM身份信息,并根据SM身份信息以及认证区块链生成SM认证信息;GCC基于身份区块链生成GCC身份信息,并根据GCC身份信息以及认证区块链生成GCC认证信息;SM以及GCC通过SM认证信息以及GCC认证信息进行通信。本发明的认证过程中,通信双方利用变色龙哈希函数的碰撞特性和区块链的抗篡改能力,通过混沌映射算法计算的值进行匿名身份认证,有效的避免了不合法的第三方和抵抗已知的安全攻击。
Description
技术领域
本发明涉及信息安全技术领域,特别是指一种基于区块链的智能电网的安全认证方法及系统。
背景技术
随着物联网技术的出现,智能设备与传感器之间的互联已成为当今社会的普遍现象。这些设备具有通信和计算能力,能够与其他设备或实体处理和交换数据。因此,物联网应用得到了迅速的应用,智能电网就是这样一种物联网应用,旨在提高传统电网的可持续性、灵活性、安全性和可靠性。但是由于物联网设备资源受限的特性,智能电网系统面临许多安全和性能挑战。例如,身份,是不可行的。过度依赖一个受信任的权威机构是面临的另一个问题。集中式架构导致了单点故障、集中式数据存储等诸多问题,限制了智能电网的发展。另外智能电网中的通信成本以及安全漏洞等也是当前面临的问题。
发明内容
本发明针对智能电网中智能电表面临许多安全和性能挑战,诸如可伸缩性、过度依赖单个可信授权、高存储和通信成本以及安全漏洞等问题,提出了本发明。
为解决上述技术问题,本发明提供如下技术方案:
一方面,本发明提供了一种基于区块链的智能电网的安全认证方法,该方法由基于区块链的智能电网的安全认证系统实现,该系统包括可信第三方中心TTPC、智能电表SM以及电网控制中心GCC,该方法包括:
S1、TTPC创建身份区块链以及认证区块链。
S2、SM基于身份区块链生成SM身份信息,并根据SM身份信息以及认证区块链生成SM认证信息。
S3、GCC基于身份区块链生成GCC身份信息,并根据GCC身份信息以及认证区块链生成GCC认证信息。
S4、SM以及GCC通过SM认证信息以及GCC认证信息进行通信。
可选地,S2中的SM基于身份区块链生成SM身份信息,并根据SM身份信息以及认证区块链生成SM认证信息包括:
可选地,S4中的SM以及GCC通过SM认证信息以及GCC认证信息进行通信包括:
若验证失败,则拒绝认证。
S412、通过事务在身份区块链上定位到交易所在区块,获取交易的输
出脚本并进行查验;若查验成功,则获取身份区块链上存储的消息,计算哈希值、 以及,并生成第三消息;其中,,哈希值,,为哈希函数,为真实身份信
息。
若查验失败,则拒绝认证。
另一方面,本发明提供了一种基于区块链的智能电网的安全认证方法系统,该系统应用于实现基于区块链的智能电网的安全认证方法,该系统包括可信第三方中心TTPC、智能电表SM以及电网控制中心GCC;其中,
TTPC,用于创建身份区块链以及认证区块链。
SM,用于基于身份区块链生成SM身份信息,并根据SM身份信息以及认证区块链生成SM认证信息;通过SM认证信息以及GCC认证信息进行通信。
GCC,用于基于身份区块链生成GCC身份信息,并根据GCC身份信息以及认证区块链生成GCC认证信息;通过SM认证信息以及GCC认证信息进行通信。
可选地,SM,进一步用于:
可选地,SM,进一步用于:
可选地,SM,进一步用于:
可选地,SM以及GCC ,进一步用于:
若验证失败,则拒绝认证。
可选地,SM,进一步用于:
S412、通过事务在身份区块链上定位到交易所在区块,获取交易的输
出脚本并进行查验;若查验成功,则获取身份区块链上存储的消息,计算哈希值、 以及,并生成第三消息;其中,,哈希值,,为哈希函数,为真实身份信
息。
若查验失败,则拒绝认证。
可选地,GCC,进一步用于:
可选地,GCC,进一步用于:
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果至少包括:
上述方案中,为了防止恶意的第三方注册系统控制通信系统,基于双链结构的区块链构造了一个去中心化的认证协议,并且区块链由可信第三方中心进行维护,有效避免了恶意第三方中心。
通信实体通过混沌映射算法,椭圆曲线算法和变色龙哈希值来验证认证信息,具
体地,智能电表通过变色龙哈希函数来验证电网控制中心的身份,电网控制中心通过
变色龙哈希函数来验证智能电表的身份,实现了相互验证。避免了假冒攻击,保证了
通信的安全性。
通信实体通过时间戳来保证消息的新鲜性,从而避免了重放攻击。
通信过程中生成的会话密钥都是由智能电表和电网控制中心通过秘密值生成的,并且集成了混沌映射算法和椭圆曲线算法,并且每次认证过程中都不一样,因此会话密钥的前后向安全性得到了保证。
使用身份区块链上临时身份进行通信,并且注册的有效期到了,需要进行临时身份更新,保证了用户的隐私安全。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案,下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅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是本发明实施例提供的基于区块链的智能电网的安全认证方法流程示意图;
图2是本发明实施例提供的安全认证方法流程示意图;
图3是本发明实施例提供的安全认证方法流程示意图;
图4是本发明实施例提供的基于区块链的智能电网的安全认证系统框图。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚,下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
如图1所示,本发明实施例提供了一种基于区块链的智能电网的安全认证方法,该方法可以由基于区块链的智能电网的安全认证系统实现。如图1所示的基于区块链的智能电网的安全认证方法流程图,该方法的处理流程可以包括如下的步骤:
S1、TTPC(Trusted third Party Center, 可信第三方中心)创建身份区块链以及认证区块链。
一种可行的实施方式中,首先,可信第三方中心TTPC生成公共系统参数。其中,和私钥是TTPC随机选择的两个整数,是通过生成的公
钥值,是TTPC选择的一个大素数,由TTPC根据其私钥计算得到,计算公式为:。
最后,TTPC创建两个包含系统参数和共识机制的起源文件,同时部署智能合约,可以采用成熟的区块链技术(如以太坊、Hyperledger Fabric),创建的两个区块链其中一个区块链作为身份区块链另一个作为认证区块链。
S2、SM(Smart Meter, 智能电表)基于身份区块链生成SM身份信息,并根据SM身份信息以及认证区块链生成SM认证信息。
一种可行的实施方式中,在步骤S2的注册阶段,TTPC利用区块链的全局一致性和抗篡改特性为每个注册实体建立存在性证明,使通信实体可以凭借该证明进行认证。通过引入区块链技术设置认证凭证,消除了对第三方可信中心的依赖,并建立了实体信任关系。
可选地,S2中的SM基于身份区块链生成SM身份信息,并根据SM身份信息以及认证区块链生成SM认证信息包括:
一种可行的实施方式中,当TTPC接收到消息后,首先核查数据库中智能电表是否
已经注册,如果注册则拒绝注册,否则继续。TTPC选择一个随机数,计算混沌映射
值,临时身份 哈希值。然后TTPC在认证区块链上建立事务,并
且分别以私钥和作为解锁和锁定脚本。通过事务的OP_RETURN在认证区块链上存入消
息数据,其中,是变色龙哈希值有效时间。
一种可行的实施方式中,接收到消息后,首先在身份区块链上根据定
位到交易所在区块,然后检查该交易的输出脚本是否与有关。其中,交易是指注册时,
区块链存储身份信息的区块。如果检查通过,获得区块链上存储的数据,计算混沌映射值,哈希值 ,并对比和的值是否相等,如果相等,那
么验证了身份区块链上的身份信息是由TTPC存入身份区块链的。计算,最后将消息存入数据库。
S3、GCC (Grid Control Center, 电网控制中心)基于身份区块链生成GCC身份信息,并根据GCC身份信息以及认证区块链生成GCC认证信息。
一种可行的实施方式中,与注册类似,选择真实身份和随机数, 计算混沌映射值,,哈希值 ,变色龙哈希值,TTPC选择随机数, 计算
混沌映射值,临时身份,哈希值 。然后TTPC在认证区块链上通过事务存
入消息,其中,是变色龙哈希值有效时间,计算哈希值 ,并通过事务在身份区块链上保存消息 ,其中,是注册截至时间。计算,最后将消息存入数据库。
S4、SM以及GCC通过SM认证信息以及GCC认证信息进行通信。
可选地,S4中的SM以及GCC通过SM认证信息以及GCC认证信息进行通信包括:
S412、通过事务在身份区块链上定位到交易所在区块,获取交易的输
出脚本并进行查验;若查验成功,则获取身份区块链上存储的消息,计算哈希值、 以及,并生成第三消息;其中,,哈希值,,为哈希函数,为真实身份信
息。
若查验失败,则拒绝认证。
一种可行的实施方式中,当在覆盖区域内,收到的值。
首先选择一个随机数和当前时间戳,计算混沌映射值,混沌映射值,混沌映射值通过事务在身份区块链上定位到交易所在区块,然后
检查该交易的输出脚本是否与有关。如果检查通过,获得区块链上存储的数据,计算哈希值, ,。最后发送消息给。
如果合法,根据在认证区块链上定位到交易所在区块,然后检查该
交易的输出脚本是否与有关。如果检查通过,获得区块链上存储的数据, 计算,, ,验证是否相等。如果
相等,那么验证了的身份。同时选择一个随机数和当前时间戳,计
算 ,,会
话密钥 ,然后通过事务在身份区块链上定
位到交易所在区块,然后检查该交易的输出脚本是否与有关。如果检查通过,获
得身份区块链上存储的数据,计算哈希值,,。最后发送消息给。
若验证失败,则拒绝认证。
根据在认证区块链上定位到交易所在区块,然后检查该交易的输出
脚本是否与有关。如果检查通过,获得身份区块链上存储的数据, 计算,,会话密
钥 ,哈希值, 验证是否相等,如果相等,那么验证了身份以及会话密钥的正
确性。
本发明实施例中,利用安全的混沌映射算法、变色龙哈希函数的碰撞特性和区块链的抗篡改能力来保证智能电表的匿名相互认证。方法中将SM和GCC向TTPC进行注册,其中可信第三方中心维护区块链。认证过程中,通信双方利用变色龙哈希函数的碰撞特性和区块链的抗篡改能力,通过混沌映射算法计算的值进行匿名身份认证,这样有效的避免不合法的第三方和抵抗安全漏洞。
本发明实施例中,为了防止恶意的第三方注册系统控制通信系统,基于双链结构的区块链构造了一个去中心化的认证协议,并且区块链由可信第三方中心进行维护,有效避免了恶意第三方中心。
通信实体通过混沌映射算法,椭圆曲线算法和变色龙哈希值来验证认证信息,具
体地,智能电表通过变色龙哈希函数来验证电网控制中心的身份,电网控制中心通
过变色龙哈希函数来验证智能电表的身份,实现了相互验证。避免了假冒攻击,保证
了通信的安全性。
通信实体通过时间戳来保证消息的新鲜性,从而避免了重放攻击。
通信过程中生成的会话密钥都是由智能电表和电网控制中心通过秘密值生成的,并且集成了混沌映射算法和椭圆曲线算法,并且每次认证过程中都不一样,因此会话密钥的前后向安全性得到了保证。
使用身份区块链上临时身份进行通信,并且注册的有效期到了,需要进行临时身份更新,保证了用户的隐私安全。
如图4所示,本发明实施例提供了一种基于区块链的智能电网的安全认证系统,该系统应用于实现基于区块链的智能电网的安全认证方法,该系统包括可信第三方中心TTPC、智能电表SM以及电网控制中心GCC;其中,
TTPC,用于创建身份区块链以及认证区块链。
SM,用于基于身份区块链生成SM身份信息,并根据SM身份信息以及认证区块链生成SM认证信息;通过SM认证信息以及GCC认证信息进行通信。
GCC,用于基于身份区块链生成GCC身份信息,并根据GCC身份信息以及认证区块链生成GCC认证信息;通过SM认证信息以及GCC认证信息进行通信。
可选地,SM,进一步用于:
可选地,SM,进一步用于:
可选地,SM,进一步用于:
可选地,SM以及GCC ,进一步用于:
若验证失败,则拒绝认证。
可选地,SM,进一步用于:
S412、通过事务在身份区块链上定位到交易所在区块,获取交易的输
出脚本并进行查验;若查验成功,则获取身份区块链上存储的消息,计算哈希值, 以及,并生成第三消息;其中,,希哈值,,为哈希函数,为真实身份信
息。
若查验失败,则拒绝认证。
可选地,GCC,进一步用于:
可选地,GCC,进一步用于:
本发明实施例中,为了防止恶意的第三方注册系统控制通信系统,基于双链结构的区块链构造了一个去中心化的认证协议,并且区块链由可信第三方中心进行维护,有效避免了恶意第三方中心。
通信实体通过混沌映射算法,椭圆曲线算法和变色龙哈希值来验证认证信息,具
体地,智能电表通过变色龙哈希函数来验证电网控制中心的身份,电网控制中心通过
变色龙哈希函数来验证智能电表的身份,实现了相互验证。避免了假冒攻击,保证了
通信的安全性。
通信实体通过时间戳来保证消息的新鲜性,从而避免了重放攻击。
通信过程中生成的会话密钥都是由智能电表和电网控制中心通过秘密值生成的,并且集成了混沌映射算法和椭圆曲线算法,并且每次认证过程中都不一样,因此会话密钥的前后向安全性得到了保证。
使用身份区块链上临时身份进行通信,并且注册的有效期到了,需要进行临时身份更新,保证了用户的隐私安全。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成,也可以通过程序来指令相关的硬件完成,所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中,上述提到的存储介质可以是只读存储器,磁盘或光盘等。
以上所述仅为本发明的较佳实施例,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于区块链的智能电网的安全认证方法,其特征在于,所述方法由基于区块链的智能电网的安全认证系统实现,所述系统包括可信第三方中心TTPC、智能电表SM以及电网控制中心GCC;
所述方法包括:
S1、所述TTPC创建身份区块链以及认证区块链;
S2、所述SM基于所述身份区块链生成SM身份信息,并根据所述SM身份信息以及所述认证区块链生成SM认证信息;
S3、所述GCC基于所述身份区块链生成GCC身份信息,并根据所述GCC身份信息以及所述认证区块链生成GCC认证信息;
S4、所述SM以及GCC通过所述SM认证信息以及GCC认证信息进行通信。
6.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述S4中的所述SM以及GCC通过所述SM认证信息以及GCC认证信息进行通信包括:
S43、所述接收所述第四消息,并对所述第四消息进行验证;若验证成功,则生成第
二会话密钥,并根据所述第二会话密钥对所述进行查验;若查验成功,则所述与通过所述第一会话密钥以及第二会话密钥进行通信;若查验失败,则
拒绝认证;
若验证失败,则拒绝认证。
10.一种基于区块链的智能电网的安全认证系统,其特征在于,所述系统包括可信第三方中心TTPC、智能电表SM以及电网控制中心GCC;其中,
所述TTPC,用于创建身份区块链以及认证区块链;
所述SM,用于基于所述身份区块链生成SM身份信息,并根据所述SM身份信息以及所述认证区块链生成SM认证信息;通过所述SM认证信息以及GCC认证信息进行通信;
所述GCC,用于基于所述身份区块链生成GCC身份信息,并根据所述GCC身份信息以及所述认证区块链生成GCC认证信息;通过所述SM认证信息以及GCC认证信息进行通信。
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Legal Events
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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