JP2013219775A - データ管理装置、電力使用量計算システム及びプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】各電力メータで集計された各電力使用量をメータデータ管理装置において隠蔽してプライバシーを保護しつつ、電力使用量の総量を計算可能な電力使用量計算技術を提供する。
【解決手段】電気機器の電力使用量を集計する電力メータと、アプリケーションサーバとが接続されるデータ管理装置は、電力メータで集計された電力使用量がアプリケーションサーバにより復号可能に暗号化された第１暗号文を受信する受信部と、第１暗号文を用いて、所定時間内の電力使用量の第１総量の暗号文を計算する第１計算部と、第１総量の暗号文をアプリケーションサーバに送信する送信部とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、データ管理装置、電力使用量計算システム及びプログラムに関する。

原子力や火力等従来の発電に加えて、太陽光や風力等の再生可能なエネルギーを併用する際、電力の品質の安定化を図るために、次世代電力網(スマートグリッド)が構築されている。次世代電力網では、電力使用量を集計するスマートメータ(ＳＭと記載する)と、電気製品を管理するホームサーバとが各家庭や各事業所に設置される。ＳＭは、電力網を介してメータデータ管理システム(Meter Data Management System, MDMS)と通信する。ＭＤＭＳは、各家庭や各事業所のＳＭから一定の時間間隔で電力使用量を受信して、記憶サーバに記憶する。エネルギー管理システム(Energy Management System, EMS)は、ＭＤＭＳに集まった複数の家庭や事業所の電力使用量に基づいて、各家庭や各事業所のＳＭやホームサーバに対して電力の使用を抑制するよう要求したり電力網に接続される蓄電池の充放電を制御したりする等の電力制御を行う(例えば特許文献１)。

特開２００４−１１２８６８号公報

ところで、電力網に接続され、各種アプリケーションを実現させるアプリケーションサーバとして、例えば、プロバイダーが管理する課金サーバがある。このような課金サーバは、ＭＤＭＳに集まった各家庭や事業所の電力使用量に基づいて課金処理を行う。ＭＤＭＳは、ＳＭからの電力使用量の閲覧要求を受ける場合には、ＭＤＭＳが保持する情報を開示する。そのため、ＭＤＭＳは各家庭又は事業所の電力使用量を記憶することが考えられる。しかしながら、ＭＤＭＳの記憶サーバの管理者や記憶サーバに侵入した不正なユーザが各家庭の電力使用量を見ることで、その家庭又は事業所が在宅かどうかや活動の様子等推測することができる。これは、プライバシーの侵害に繋がる。

本発明の一側面は、各電力メータで集計された各電力使用量をメータデータ管理装置において隠蔽してプライバシーを保護しつつ、電力使用量の総量を計算可能なデータ管理装置、電力使用量計算システム及びプログラムを提供することを目的とする。

一実施形態のデータ管理装置は、電気機器の電力使用量を集計する電力メータと、前記電力使用量に基づき電力使用の抑制要求や電力網に接続される蓄電池の充放電の制御を行うエネルギー管理装置と、前記電力使用量に基づき課金処理を行う課金サーバと、が接続されるデータ管理装置であって、前記電力メータで集計された前記電力使用量が、当該データ管理装置と前記電力メータとの間で共有される共通鍵を用いて、準同型関数により暗号化された第１暗号文を受信する受信部と、受信された前記第１暗号文を用いて、所定時間内の前記電力使用量の総量の暗号文を計算する計算部と、計算された前記総量の暗号文を前記エネルギー管理装置および前記課金サーバに送信する送信部と、前記第１暗号文を復号することにより、前記電力使用量を復元する復号部と、復元された前記電力使用量に対する補正量を計算する補正量計算部と、を備え、前記受信部は、更に、複数の前記電力メータで各々集計された前記電力使用量が、前記エネルギー管理装置と前記電力メータとの間で共有される共通鍵を用いて、準同型関数により暗号化された第２暗号文を受信し、前記計算部は、更に、受信された前記第２暗号文を用いて、前記エネルギー管理装置が前記電力網を制御するための時間間隔を表す第１単位時間に使用された前記電力使用量の第１総量の暗号文を計算し、前記送信部は、計算された前記第１総量の暗号文を前記エネルギー管理装置に送信し、前記受信部は、更に、複数の前記電力メータで各々集計された前記電力使用量が、前記課金サーバと前記電力メータとの間で共有される共通鍵を用いて、準同型関数により暗号化された第３暗号文を各々受信し、前記計算部は、更に、受信された前記第３暗号文を用いて、前記課金サーバが前記課金処理を行うための時間間隔を表す第２単位時間に使用された前記電力使用量の第２総量の暗号文を計算し、前記送信部は、計算された前記第２総量の暗号文を前記課金サーバに送信し、計算された前記補正量を用いて、前記第２暗号文及び前記第３暗号文を補正する補正部を更に備え、前記計算部は、更に、補正された前記第２暗号文を用いて、前記第１総量の暗号文を計算し、補正された前記第３暗号文を用いて、前記第２総量の暗号文を計算する。

図１は、第１の実施の形態の電力使用量計算システムの構成を例示する図。 図２は、ＳＭ１０２ａの機能的構成を例示する図。 図３は、ＭＤＭＳ１０１の機能的構成を例示する図。 図４は、ＥＭＳ１０３の機能的構成を例示する図。 図５は、課金サーバ１０４の機能的構成を例示する図。 図６は、ＳＭ１０２ａが電力使用量の暗号文を送信する処理の手順を示すフローチャート。 図７は、ＭＤＭＳ１０１が第１電力使用総量の暗号文を計算し、ＥＭＳ１０３が第１電力使用総量を復元して電力制御を行う処理の手順を示すフローチャート。 図８は、課金システム処理の手順を示すフローチャート。 図９は、閲覧要求処理の手順を示すフローチャート。

ここで、まず、本実施の形態にかかる電力使用量計算システムの概要について説明する。電力使用量計算システムは、上述したＳＭに接続されるＭＤＭＳを備える。ＳＭは、保護すべきプライバシー情報に応じて、各家庭又は事業所の電力使用量に基づき、アプリケーションの入力を復元するために必要な暗号文を計算して記憶する。これらの暗号文はプライバシー情報を特定できない情報であることが望ましい。例えば、単位時間における電力使用量がプライバシー情報に該当する場合には、ＳＭは、単位時間毎の電力使用量から暗号文を計算してこれをＭＤＭＳに送信し、ＭＤＭＳがこれを記憶する。あるいは、電力を使用する場所がプライバシー情報に該当する場合には、複数のＳＭがそれぞれ集計した電力使用量から複数の暗号文を計算してこれをＭＤＭＳに送信し、ＭＤＭＳがこれを記憶する。プライバシー情報とは個人又は団体の嗜好や行動を特定する情報である。プライバシー情報には個人又は団体自体を特定する情報も含まれる。また、プライバシー情報には、個人又は団体自体は特定されなくとも、個人又は団体の嗜好や行動の傾向を特定する情報も含まれる。単位時間における電力使用量がプライバシー情報に該当するか否かの判定は、予め行っておいても良いし、動的に行っても良い。また、単位時間における電力使用量や電力を使用する場所がプライバシー情報に該当しない場合においても、上記暗号文の計算やＭＤＭＳへの記憶を行っても良い。

例えば、電力使用量に比例して課金処理を行うアプリケーションは、各家庭又は事業所の電力使用量の正確な値を入力とする。この場合には、ＭＤＭＳは暗号化した電力使用量を復号することなく、各家庭又は事業所の電力使用量の総和である総量（電力使用総量）の正確な値の暗号化結果が計算されるように、暗号化の方法として後述する準同型暗号を用い、その結果を記憶する。

以下で説明する実施の形態では、第１単位時間での各家庭での電力使用量を隠蔽し、第１単位時間での複数の家庭の電力使用量の総和である総量（第１電力使用総量という）を入力とするＥＭＳと、第２単位時間での各家庭での電力使用量の総和である総量（第２電力使用総量という）を入力とする課金サーバとをアプリケーションサーバに用いる例を説明する。尚、第１単位時間とは、ＥＭＳが電力網を制御する時間間隔を表し、例えば３０分等の時間間隔である。第２単位時間とは、基本的には課金サーバが課金処理を行う時間単位であり、通常１ヶ月である。また、各実施形態では各家庭での電力使用量を隠蔽しているが、各家庭に限らず、電力を使用するスマートメータの集計範囲（集計単位）での電力使用量を隠蔽できれば良く、その場合は、本明細書の「家庭」は「集計範囲（集計単位）」と読み替えることができる。

図１は、本実施の形態にかかる電力使用量計算システムの構成を例示する図である。同図に示されるように、電力使用量計算システムは、メータデータ管理システム(ＭＤＭＳ)１０１と、家庭システム１０２と、エネルギー管理システム(ＥＭＳ)１０３と、課金サーバ１０４とが通信路Ｔを介して接続される構成である。尚、図面の簡略化のため、家庭システム１０２は１つしか図示していないが、電力使用量計算システムには、複数の家庭システム１０２が接続され得る。通信路Ｔとは、例えば、ＬＡＮ（Local Area Network）、イントラネット、イーサネット（登録商標）又はインターネット等である。ＭＤＭＳ１０１は、ネットワーク等を介して各家庭の電力使用量を収集して管理するシステムである。家庭システム１０２は、家庭に配設され、家庭で使用される電気機器の電力使用量を集計するシステムであり、スマートメータ(ＳＭ)１０２ａを有する。ＳＭ１０２ａには、家庭システム１０２内の電気機器が接続され、ＳＭ１０２ａは、これらの電気機器の電力使用量を集計する。

尚、家庭システム１０２に対してこれを識別するための識別情報(家庭識別情報という)が付与されており、ＳＭ１０２ａは、当該家庭システム１０２に付与された家庭識別情報を記憶しているものとする。また、ＭＤＭＳ１０１、ＥＭＳ１０３及び課金サーバ１０４は各々、電力使用量計算システムに接続される各家庭システム１０２の家庭識別情報を全て記憶しているものとする。尚、ＳＭ１０２ａが集計した情報は、少なくとも家庭識別情報と電力使用量が対応付けられた情報であり、この対応付けられた情報を用いてＳＭ１０２ａは暗号文を計算する。ただし、家庭識別情報と電力使用量の他に更に情報が対応付けられていても良い。

このような構成の電力使用量計算システムでは、ＳＭ１０２ａは、電力使用量をＭＤＭＳ１０１により復号可能に暗号化して第１暗号文を計算し、電力使用量をＥＭＳ１０３により復号可能に暗号化して第２暗号文を計算し、電力使用量を課金サーバ１０４により復号可能に暗号化して第３暗号文を計算する。ＭＤＭＳ１０１は、ＳＭ１０２ａが計算した第１暗号文を用いて、電力使用量を必要に応じて適宜補正して、この補正に基づいて、第２暗号文及び第３暗号文を適宜補正する。そして、ＭＤＭＳ１０１は、適宜補正した第２暗号文を用いて、第１単位時間毎にある地域の複数のＳＭ１０２ａが各々集計した電力使用量の総和である総量（第１電力使用総量）の暗号文を計算してこれをＥＭＳ１０３に送信する。また、ＭＤＭＳ１０１は、適宜補正した第３暗号文を用いて、第２単位時間内であるＳＭ１０２ａが集計した電力使用量の総和である総量（第２電力使用総量）の暗号文を計算してこれを課金サーバ１０４に送信する。ＥＭＳ１０３は、ＭＤＭＳ１０１から第１電力使用総量の暗号文を受信してこれを復号することにより、第１電力使用総量を復元し、これに基づいて、ある地域の電力制御を行う。課金サーバ１０４は、ＭＤＭＳ１０１から第２電力使用総量の暗号文を受信してこれを復号することにより、第２電力使用総量を復元し、これを用いて課金処理を行う。

次に、ＭＤＭＳ１０１、ＳＭ１０２ａ、ＥＭＳ１０３及び課金サーバ１０４のハードウェア構成について説明する。ここでは課金サーバ１０４と同様に、ＥＭＳ１０３及びＭＤＭＳ１０１はサーバであるとする。ＭＤＭＳ１０１、ＥＭＳ１０３及び課金サーバ１０４は、装置全体の制御や基本演算を実行するＣＰＵ（Central Processing Unit）等の制御部と、各種データや各種プログラムを記憶するＲＯＭ（Read Only Memory）やＲＡＭ（Random Access Memory）等の主記憶部と、各種データや各種プログラムを記憶するＨＤＤ（Hard Disk Drive）やＣＤ（Compact Disk）ドライブ装置等の補助記憶部と、これらを接続するバスとを備えており、通常のコンピュータを利用したハードウェア構成となっている。また、ＭＤＭＳ１０１、ＥＭＳ１０３及び課金サーバ１０４は、ネットワーク等を介して通信を行う通信Ｉ／Ｆ(Interface)を更に備える。ＳＭ１０２ａは、装置全体を制御するＣＰＵ（Central Processing Unit）等の制御部と、各種データや各種プログラムを記憶するＲＯＭ（Read Only Memory）やＲＡＭ（Random Access Memory）等の主記憶部と、各種データや各種プログラムを記憶する不揮発性メモリ等の補助記憶部と、外部の装置と通信を行う通信Ｉ／Ｆ(Interface)と、これらを接続するバスとを備えており、専用ハードウェアあるいは組み込み機器と同様の構成となっている。また、ＳＭ１０２ａは、ネットワーク等を介して通信を行う通信Ｉ／Ｆ(Interface)を更に備える。更に、ＳＭ１０２ａには、電力使用量等の各種情報を表示する表示部と、ユーザの操作が入力される操作ボタンやキーボード等の操作入力部とが接続される。

次に、このようなハードウェア構成において、ＭＤＭＳ１０１、ＳＭ１０２ａ、ＥＭＳ１０３及び課金サーバ１０４のそれぞれにおいて実現される各種機能について説明する。まず、ＳＭ１０２ａにおいて実現される各種機能について説明する。図２は、ＳＭ１０２ａの機能的構成を例示する図である。ＳＭ１０２ａは、通信制御部１０２ａ１、暗復号部１０２ａ２、電力使用量記憶部１０２ａ３、計測部１０２ａ４、鍵記憶部１０２ａ５及び閲覧処理部１０２ａ６を有する。通信制御部１０２ａ１の機能は、ＳＭ１０２ａの有する通信Ｉ／Ｆと、ＳＭ１０２ａの有するＣＰＵが主記憶部や補助記憶部に記憶された各種プログラムを実行することにより実現される。暗復号部１０２ａ２、計測部１０２ａ４及び閲覧処理部１０２ａ６の各機能は、ＳＭ１０２ａの有するＣＰＵが主記憶部や補助記憶部に記憶された各種プログラムを実行することにより実現される。電力使用量記憶部１０２ａ３及び鍵記憶部１０２ａ５はそれぞれ、ＳＭ１０２ａの有する例えば補助記憶部に確保される記憶領域である。

通信制御部１０２ａ１は、特に、後述の計測部１０２ａ４が集計した電力使用量を第１単位時間毎にＭＤＭＳ１０１に送信したり、後述するＭＤＭＳ１０１から送信された制御コマンドを受信したり、当該制御コマンドに応じて、後述の暗復号部１０２ａ２が電力使用量を暗号化した暗号文をＭＤＭＳ１０１に送信したり、電力使用量の閲覧を要求する閲覧要求コマンドをＭＤＭＳ１０１に送信したり、閲覧要求コマンドに応じてＭＤＭＳ１０１から送信された電力使用量の暗号文を受信したりする。

計測部１０２ａ４は、家庭システム１０２内の電力使用量を第１単位時間毎に集計する。そして、計測部１０２ａ４は、集計した電力使用量を電力使用量記憶部１０２ａ３に記憶させる。また、計測部１０２ａ４は、通信制御部１０２ａ１が受信した制御コマンドに応じて、家庭システム１０２内の電力使用量の集計を開始したり、その集計を中止したりする。電力使用量記憶部１０２ａ３は、計測部１０２ａ４が集計した電力使用量を記憶する。電力使用量記憶部１０２ａ３に記憶された電力使用量は例えば第１所定時間後に削除される。通信制御部１０２ａ１は、ＭＤＭＳ１０１等の他の機器との通信を制御する。

暗復号部１０２ａ２は、通信制御部１０２ａ１がＭＤＭＳ１０１に送信する電力使用量を、鍵記憶部１０２ａ５に記憶された共通鍵に基づいて暗号化して暗号文を計算したり、通信制御部１０２ａ１がＭＤＭＳ１０１から受信した電力使用量の暗号文を復号したりする。このように、本実施の形態においては、電力使用量の暗号化や復号には、共通鍵暗号方式（ＡＥＳ等）を用いる。鍵記憶部１０２ａ５は、電力使用量を暗号化したり電力使用量の暗号文を復号したりするための共通鍵を記憶する。

ここで、共通鍵について説明する。共通鍵には、課金サーバ１０４とＳＭ１０２ａとの間でのみ共有される共通鍵Kpと、ＥＭＳ１０３とＳＭ１０２ａとの間でのみ共有される共通鍵Keと、ＭＤＭＳ１０１とＳＭ１０２ａとの間でのみ共有される共通鍵Kmとが存在する。これらの各共通鍵Kp，Ke，Kmが鍵記憶部１０２ａ５に記憶される。尚、複数のＳＭ１０２ａの間では、共通鍵Kpや共通鍵Keや共通鍵Kmは共通としても良いし、互いに異なっていても良い。ここで、複数のＳＭ１０２ａ（ＳＭ１０２ａａ，ＳＭ１０２ａｂとする）の間で互いに異なる場合を例示すると、課金サーバ１０４とＳＭ１０２ａａとの間で共有される共通鍵Kp-aと、課金サーバ１０４とＳＭ１０２ａｂとの間で共有される共通鍵Kp-bとが、異なる鍵となり、ＳＭ１０２ａａ及びＳＭ１０２ａｂは他のＳＭ１０２ａの共通鍵を知ることはない。共通鍵Keや共通鍵Kmについても同様である。尚、以降は共通鍵Kp-aと共通鍵Kp-bとを特に区別せずに、Kpと記載する。共通鍵Keや共通鍵Kmについても同様である。

上述した暗復号部１０２ａ２は、これらの各共通鍵を電力使用量の暗号化に直接用いるのではなく、各共通鍵を用いて一時鍵を各々生成して、当該一時鍵を用いて電力使用量を暗号化する。暗復号部１０２ａ２は、一時鍵を、共通鍵と日時や時刻の情報を元に生成する。日時や時刻の情報の例としては、「２０１０年１月１日」や「１４：３５：４６，３／１／２０１０」やＵＮＩＸ（登録商標）時刻（１９７０年１月１日０時０分０秒（ＧＭＴ）を起点とし、それから経過した秒数）等が挙げられる。共通鍵をKp、日時や時刻をtとしたときに一時鍵Kp_tは、以下の式１により計算される。
Kp_t＝h（Kp，t）・・・（式１）
ここで、h(x,y)は、xとyを入力とする一方向性関数あるいは鍵付きハッシュ関数であり、一方向性関数の例としてはｓｈａ−１やｍｄ５、ｓｈａ２５６等、また鍵付きハッシュ関数としてはｈｍａｃ等が挙げられる。
また、共通鍵をKeとしたときの一時鍵は、以下の式２により計算される。
Ke_t＝h（Ke，t）・・・（式２）
また、共通鍵をKmとしたときの一時鍵は、以下の式３により計算される。
Km_t＝h（Km，t）・・・（式３）

次に、暗復号部１０２ａ２が行う暗号化の方法について説明する。この暗号化は、準同型である。データdを暗号化鍵ek_Pで暗号化する暗号化Enc_P(ek_P,d)が準同型であるとは、データdとd’について、Enc_P(ek_P,d)*Enc_P(ek_P,d’)=Enc_P(ek_P,d+d`)を満たすことをいう。+は算術加算を表し、*は適切な演算子を表す。例えば、このような暗号化の方法としては十分に大きな基数を用いるシーザー暗号や以下の参考文献１に記載された暗号化等があり、*はそれぞれ、剰余環での加算および剰余乗算を表す。
（参考文献１）Pascal Paillier, Public-Key Cryptosystems Based on Composite Degree Residuosity Classes, EUROCRYPT 1999, pp223-238

ここでは、準同型の暗号化として、シーザー暗号を用いるものとする。この場合、上述の*として剰余環での加算を用いる。ある第１単位時間である時刻tに計測部１０２ａ４で集計された電力使用量をdtとするとき、暗復号部１０２ａ２は、課金サーバ１０４との間で共有する共通鍵Kpを用いて生成した一時鍵Kp_tを用いて、以下の式４により、当該電力使用量dtを暗号化して、第３暗号文cp_tを計算する。
cp_t＝dt＋KpST_t（mod α）・・・（式４）
ここで、KpST_tは、時刻tの一時鍵Kp_tを鍵としてストリーム暗号を動作させて得られる鍵系列（KpST_t＝ST（Kp_t）、ST（・）はストリーム暗号）である。ストリーム暗号ST（・）としては、ＲＣ４を用いたり、ブロック暗号の利用モードとしてＯＦＢ，ＣＦＢ，ＣＴＲモードで動作させたりすることで実現できる。またパラメータαは大きな素数であり、暗号化を行う主体と復号を行う主体との間で共有している必要がある。

同様にして、暗復号部１０２ａ２は、ＥＭＳ１０３との間で共有する共通鍵Keを用いて生成した一時鍵Ke_tを用いて、以下の式５により、当該電力使用量dtを暗号化して、第２暗号文ce_tを計算する。
ce_t＝dt＋KeST_t（mod α）・・・（式５）
ここで、KeST_tは、時刻tの一時鍵Ke_tを鍵としてストリーム暗号を動作させて得られる鍵系列（KeST_t＝ST（Ke_t）、ST（・）はストリーム暗号）である。

同様にして、暗復号部１０２ａ２は、ＭＤＭＳ１０１との間で共有する共通鍵Kmを用いて生成した一時鍵Km_tを用いて、以下の式６により、当該電力使用量dtを暗号化して、第１暗号文cm_tを計算する。
cm_t＝dt＋KmST_t（mod α）・・・（式６）
ここで、KmST_tは、時刻tの一時鍵Km_tを鍵としてストリーム暗号を動作させて得られる鍵系列（KmST_t＝ST（Km_t）、ST（・）はストリーム暗号）である。

尚、復号の際に必要となる時刻tは、暗号文に付随して送信される必要がある。このため、通信制御部１０２ａ１は、ＭＤＭＳ１０１に対して電力使用量の第１暗号文、第２暗号文及び第３暗号文を各々時刻と対応付けて送信し、ＭＤＭＳ１０１から時刻が対応付けられた電力使用量の第１暗号文を受信する。尚、送受信される暗号文に時刻が対応付けられていることを前提として、以降の説明では、このことを特に明記しない場合がある。

次に、暗復号部１０２ａ２が暗号文を復号する方法について説明する。暗復号部１０２ａ２が、ある時刻tに計測部１０２ａ４が集計した電力使用量を、共通鍵Kmを用いて生成した一時鍵Km_tを用いて暗号化した第１暗号文cm_t、共通鍵Keを用いて生成した一時鍵Ke_tを用いて暗号化した第２暗号文ce_t及び共通鍵Kpを用いて生成した一時鍵Kp_tを用いて暗号化した第３暗号文cp_tは、通信制御部１０２ａ１を介してＭＤＭＳ１０１に送信される。その後、後述する閲覧処理部１０２ａ６の制御の下、通信制御部１０２ａ１を介してＭＤＭＳ１０１に送信された閲覧要求コマンドに応じて、第１暗号文cm_t、第２暗号文ce_t及び第３暗号文cp_tのうち少なくとも１つが、ＭＤＭＳ１０１から送信されて通信制御部１０２ａ１に受信されるのである。この第１暗号文cm_tについて、暗復号部１０２ａ２は、共通鍵Km及び日時や第１暗号文cm_tに対応付けられた時刻tを用いて一時鍵Km_tを計算し、当該一時鍵Km_tおよびストリーム暗号を用いて鍵系列KmST_tを計算する。そして、暗復号部１０２ａ２は、以下の式７により、ある時刻tにおける電力使用量dtを計算することにより、第１暗号文cm_tから電力使用量を復元する。
dt＝cm_t−KmST_t（mod α）・・・（式７）

第２暗号文ce_tについて、暗復号部１０２ａ２は、共通鍵Ke及び日時や第２暗号文ce_tに対応付けられた時刻tを用いて一時鍵Ke_tを計算し、当該一時鍵Ke_tおよびストリーム暗号を用いて鍵系列KeST_tを計算する。そして、暗復号部１０２ａ２は、以下の式８により、ある時刻tにおける電力使用量dtを計算することにより、第２暗号文ce_tから電力使用量を復元する。
dt＝ce_t−KeST_t（mod α）・・・（式８）

第３暗号文cp_tについて、暗復号部１０２ａ２は、共通鍵Kp及び日時や第３暗号文cp_tに対応付けられた時刻tを用いて一時鍵Kp_tを計算し、当該一時鍵Kp_tおよびストリーム暗号を用いて鍵系列KpST_tを計算する。そして、暗復号部１０２ａ２は、以下の式９により、ある時刻tにおける電力使用量dtを計算することにより、第３暗号文cp_tから電力使用量を復元する。
dt＝cp_t−KpST_t（mod α）・・・（式９）

閲覧処理部１０２ａ６は、電力使用量の閲覧処理を制御する。これは例えば、操作入力部を介して入力される、電力使用量の閲覧を要求する操作入力に応じて行われる。閲覧処理の際には、まず、閲覧処理部１０２ａ６は、電力使用量の閲覧を要求する閲覧要求コマンドを生成してこれをＭＤＭＳ１０１に対して通信制御部１０２ａ１から送信させ、通信制御部１０２ａ１を介してＭＤＭＳ１０１から、閲覧要求コマンドに応じた一つ以上の第１単位時間での電力使用量の第１暗号文、第２暗号文及び第３暗号文のうち少なくとも一つを受信する。そして、閲覧処理部１０２ａ６は、第１暗号文、第２暗号文及び第３暗号文のうち少なくとも一つを暗復号部１０２ａ２に復号させ、暗復号部１０２ａ２が復元した電力使用量を表示部に表示させる。尚、電力使用量の閲覧を希望する期間（閲覧希望期間という）あるいは閲覧希望期間に相当する値は予め決められていても良いし、操作入力部を介したユーザの操作入力によって指定されても良い。閲覧処理部１０２ａ６は、家庭システム１０２に付与された家庭識別情報及び閲覧希望期間を指定した閲覧要求コマンドを生成する。尚、閲覧処理における電力使用量の表示は、ＳＭ１０２ａに接続されている表示部を利用するようにしたが、家庭内システム１０２に接続される出力端末（不図示）を利用しても良い。

次に、ＭＤＭＳ１０１において実現される各種機能について説明する。図３は、ＭＤＭＳ１０１の機能的構成を例示する図である。同図に示されるように、ＭＤＭＳ１０１は、通信制御部１０１ａ、演算部１０１ｂ、復号部１０１ｃ、鍵記憶部１０１ｄ、電力使用量記憶部１０１ｅ及び補正部１０１ｆを有する。通信制御部１０１ａの機能は、ＭＤＭＳ１０１の有する通信Ｉ／Ｆと、ＭＤＭＳ１０１の有するＣＰＵが主記憶部や補助記憶部に記憶された各種プログラムを実行することにより実現される。演算部１０１ｂ、復号部１０１ｃ及び補正部１０１ｆの各機能は、ＭＤＭＳ１０１の有するＣＰＵが主記憶部や補助記憶部に記憶された各種プログラムを実行することにより実現される。鍵記憶部１０１ｄ及び電力使用量記憶部１０１ｅはそれぞれ、ＭＤＭＳ１０１の有する例えば補助記憶部に確保される記憶領域である。

通信制御部１０１ａは、ＳＭ１０２ａやＥＭＳ１０３や課金サーバ１０４等の他の機器との通信を制御する。通信制御部１０１ａは、特に、第１単位時間毎にＳＭ１０２ａから電力使用量の第１暗号文、第２暗号文及び第３暗号文を受信したり、ＳＭ１０２ａに制御コマンドを送信したり、ＳＭ１０２ａから制御コマンドとして閲覧要求コマンドを受信したり、当該閲覧要求コマンドに応じて、後述の電力使用量記憶部１０１ｅに記憶された電力使用量の第１暗号文、第２暗号文及び第３暗号文のうち少なくとも一つをＳＭ１０２ａに送信したり、後述の演算部１０１ｂが計算した第１電力使用総量の暗号文をＥＭＳ１０３に送信したり、制御コマンドとして課金システム処理の実行を指示する課金処理コマンドを課金サーバ１０４から受信したり、当該課金処理命令に応じて、後述の演算部１０１ｂが計算した第２電力使用総量の暗号文を課金サーバ１０４に送信したりする。ＳＭ１０２ａに送信する制御コマンドとは、例えば、電力使用量の計測の中止やその開始や電力使用量の送信を指示する情報である。電力使用量記憶部１０１ｅは、通信制御部１０１ａを介してＳＭ１０２ａから受信された第１時間単位毎の電力使用量の第１暗号文、第２暗号文及び第３暗号文を記憶する。

鍵記憶部１０１ｄは、ＳＭ１０２ａと共有する上述の共通鍵Kmを記憶する。復号部１０１ｃは、鍵記憶部１０１ｄに記憶された共通鍵kmを用いて、通信制御部１０１ａが受信した第１暗号文を復号することにより、電力使用量を復元する。第１暗号文を復号する方法は、上述したＳＭ１０２ａの暗復号部１０２ａ２が第１暗号文を復号する方法と同様である。

補正部１０１ｆは、復号部１０１ｃが復元した電力使用量に誤りがないかを検査し、必要に応じて、電力使用量に対する補正量を計算する。例えば、補正部１０１ｆは、同一のＳＭ１０２ａから受信された電力使用量について複数の第１単位時間分の電力使用量を主記憶部に記憶させておき、これらを用いて、通信制御部１０１ａが今回受信した電力使用量に誤りがないかを検査する。そして、補正部１０１ｆは、計算した補正量を用いて、通信制御部１０１ａが受信した電力使用量の第２暗号文及び第３暗号文を適宜補正してこれを電力使用量記憶部１０１ｅに記憶させる。具体的な補正の方法については後述の動作欄で説明する。

演算部１０１ｂは、ある地域の複数の家庭システム１０２について電力使用量記憶部１０１ｅに記憶された第１単位時間における電力使用量の第２暗号文又は当該第２暗号文に対して補正部１０１ｆが補正した電力使用量の第２暗号文を集計することにより、第１単位時間における電力使用量の総量（第１電力使用総量）の暗号文を計算する。また、演算部１０１ｂは、各家庭システム１０２について電力使用量記憶部１０１ｅに記憶された第２単位時間内の各第１単位時間に対応する電力使用量の第３暗号文又は当該第３暗号文に対して補正部１０１ｆが補正した電力使用量の第３暗号文を集計することにより、家庭システム１０２毎の第２単位時間内の電力使用量の総量（第２電力使用総量）の暗号文を計算する。具体的な計算の方法については後述の動作欄で説明する。

ＥＭＳ１０３において実現される各種機能について説明する。図４は、ＥＭＳ１０３の機能的構成を例示する図である。同図に示されるように、ＥＭＳ１０３は、通信制御部１０３ａ、復号部１０３ｂ、鍵記憶部１０３ｃ、地域電力記憶部１０３ｄ及び電力制御判定部１０３ｅを有する。通信制御部１０３ａの機能は、ＥＭＳ１０３の有する通信Ｉ／Ｆと、ＥＭＳ１０３の有するＣＰＵが主記憶部や補助記憶部に記憶された各種プログラムを実行することにより実現される。復号部１０３ｂの機能は、ＥＭＳ１０３の有するＣＰＵが主記憶部や補助記憶部に記憶された各種プログラムを実行することにより実現される。鍵記憶部１０３ｃ及び地域電力記憶部１０３ｄは、ＥＭＳ１０３の有する例えば補助記憶部に確保される記憶領域である。

通信制御部１０３ａは、ＭＤＭＳ１０１から送信された第１電力使用総量の暗号文や制御コマンドを受信したり、ＭＤＭＳ１０１に制御コマンドを送信したりする。制御コマンドとは、例えば、第１電力使用総量の送信を指示したり、電力制御に必要な電流や電圧等の情報の送信を指示したりする情報である。地域電力記憶部１０３ｄは、通信制御部１０３ａが受信した第１電力使用総量の暗号文やこれを用いて後述の復号部１０３ｂが復元した第１電力使用総量を記憶する。鍵記憶部１０３ｃは、ＳＭ１０２ａと共有する上述の共通鍵Keを記憶する。

復号部１０３ｂは、鍵記憶部１０３ｃに記憶された共通鍵Keを用いて、通信制御部１０３ａが受信した第１電力使用総量の暗号文を復号することにより、第１電力使用総量を復元する。具体的には、上述したＳＭ１０２ａの暗復号部１０２ａ２が第１暗号文を復号する方法と同様に、復号部１０３ｂは、ある時刻tが対応付けられた第２暗号文ce_tについて、共通鍵Ke及び日時や時刻tを用いて一時鍵Ke_tを計算し、当該一時鍵Ke_t及びストリーム暗号を用いて鍵系列KeST_tを計算すると、上述の式８により、ある時刻tにおける電力使用量dtを計算することができる。

ここで、第１電力使用総量は、複数の家庭システム１０２内のＳＭ１０２ａが集計した電力使用量の総量であるから、ある時刻tについて各電力使用量が暗号化された暗号文は、各ＳＭ１０２ａと各々共有する共通鍵を用いて生成した一時鍵により各々復号可能である。このため、復号部１０３ｂは、各ＳＭ１０２ａと各々共有する共通鍵を用いて一時鍵の鍵系列を計算し、これらを用いて、第１電力使用総量の暗号文から第１電力使用総量を復元する。具体的な復元の方法は後述の動作欄で説明する。

電力制御判定部１０３ｅは、復号部１０３ｂが復元した第１電力使用総量に基づいて、電力制御を行うか否かを判定する。電力制御とは、例えば、電力使用総量が上限閾値を超えている場合には、各家庭での電力の使用を抑制させるようにしたり、電力使用総量が下限閾値を下回っている場合には、蓄電池に充電したりすることである。電力使用量記憶部１０１ｅは、電力制御を行なうと判定し、各家庭での電力の使用を抑制すると判定した場合には、電力の使用の抑制を要求する電力制御コマンドを通信制御部１０３ａからＳＭ１０２ａに送信させる。

次に、課金サーバ１０４において実現される各種機能について説明する。図５は、課金サーバ１０４の機能的構成を例示する図である。同図に示されるように、課金サーバ１０４は、通信制御部１０４ａ、復号部１０４ｂ、鍵記憶部１０４ｃ、課金データ記憶部１０４ｄ及び課金処理部１０４ｅを有する。通信制御部１０４ａの機能は、課金サーバ１０４の有する通信Ｉ／Ｆと、課金サーバ１０４の有するＣＰＵが主記憶部や補助記憶部に記憶された各種プログラムを実行することとにより実現される。復号部１０４ｂ及び課金処理部１０４ｅの各機能は、課金サーバ１０４の有するＣＰＵが主記憶部や補助記憶部に記憶された各種プログラムを実行することにより実現される。鍵記憶部１０４ｃ及び課金データ記憶部１０４ｄはそれぞれ、課金サーバ１０４の有する例えば補助記憶部に確保される記憶領域である。

通信制御部１０４ａは、ＭＤＭＳ１０１等の他の機器との通信を制御する。通信制御部１０４ａは、特に、ＭＤＭＳ１０１から送信された第２電力使用総量の暗号文や制御コマンドを受信したり、ＭＤＭＳ１０１に制御コマンドを送信したりする。制御コマンドとは、例えば、課金システム処理の実行を指示したり、課金に必要な電力単価の情報等の送信を指示したりする情報である。課金データ記憶部１０４ｄは、通信制御部１０４ａが受信した第２電力使用総量の暗号文又はこれを用いて後述の復号部１０４ｂが復元した第２電力使用総量を記憶する。

鍵記憶部１０４ｃは、ＳＭ１０２ａと共有する上述の共通鍵Kpを記憶する。復号部１０４ｂは、鍵記憶部１０４ｃに記憶された共通鍵Kpを用いて、通信制御部１０４ａが受信した第２電力使用総量の暗号文を復号することにより、第２電力使用総量を復元する。具体的には、上述したＳＭ１０２ａの暗復号部１０２ａ２が第１暗号文を復号する方法と同様に、復号部１０４ｂは、ある時刻tが対応付けられた第３暗号文ct_pについて、共通鍵Kp及び日時や時刻tを用いて一時鍵Kp_tを計算し、当該一時鍵Kp_tおよびストリーム暗号を用いて鍵系列KpST_tを計算すると、上述の式９により、ある時刻tにおける電力使用量dtを計算することができる。

ここで、通信制御部１０４ａが受信した第２電力使用総量の暗号文には、ＳＭ１０２ａにおける第２単位時間内の第１単位時間毎の複数の時刻tが対応付けられ得る。このため、復号部１０３ｂは、各時刻tについて、共通鍵を用いて一時鍵の鍵系列を各々計算し、これらを用いて、第２電力使用総量の暗号文から第２電力使用総量を復元する。具体的な復元の方法は後述の動作欄で説明する。

課金処理部１０４ｅは、第２単位時間毎にＭＤＭＳ１０１に対して課金処理コマンドを通信制御部１０４ａから送信させ、復号部１０４ｂが復元した第２単位時間における家庭システム１０２の第２電力使用総量に基づいて課金処理を行う。

次に、本実施の形態にかかる電力使用量計算システムの行う処理の手順について説明する。まず、ＳＭ１０２ａが電力使用量の暗号文を送信する処理の手順について図６を用いて説明する。ＳＭ１０２ａは、第１単位時間(時刻tとする)に電力使用量dtを集計すると（ステップＳ１）、ＭＤＭＳ１０１と共有している共通鍵Kmと日時や時刻tとを元に一時鍵Km_tを計算し、ＥＭＳ１０３と共有している共通鍵Keと日時や時刻tとを元に一時鍵Ke_tを計算し、課金サーバ１０４と共有している共通鍵Kpと日時や時刻tとを元に一時鍵Kp_tを計算する（ステップＳ２）。

ＳＭ１０２ａは、ステップＳ２で計算した一時鍵Km_tを用いてストリーム暗号を動作させて鍵系列KmST_tを計算し、ステップＳ２で計算した一時鍵Ke_tを用いてストリーム暗号を動作させて鍵系列KeST_tを計算し、ステップＳ２で計算した一時鍵Kp_tを用いてストリーム暗号を動作させて鍵系列KpST_tを計算する（ステップＳ３）。そして、ＳＭ１０２ａは、ステップＳ３で計算した鍵系列KmST_tを用いて電力使用量dtを暗号化して第１暗号文cm_tを計算し、ステップＳ３で計算した鍵系列KeST_tを用いて電力使用量dtを暗号化して第２暗号文ce_tを計算し、ステップＳ３で計算した鍵系列KpST_tを用いて、電力使用量dtを暗号化して第３暗号文cp_tを計算する（ステップＳ４）。そして、ＳＭ１０２ａは暗号化された電力使用量の第１暗号文cm_t、第２暗号文ce_t、第３暗号文cp_t及び時刻tをＭＤＭＳ１０１に送信する（ステップＳ５）。このとき、ＳＭ１０２ａは、家庭システム１０２に付与された家庭識別情報も送信する。

次に、ＭＤＭＳ１０１が第１電力使用総量の暗号文を計算し、ＥＭＳ１０３が第１電力使用総量を復元して電力制御を行う処理の手順について図７を用いて説明する。ＭＤＭＳ１０１は、ＳＭ１０２ａから暗号化された電力使用量の第１暗号文cm_t、第２暗号文ce_t、第３暗号文cp_t及び時刻tを受信するとこれを記憶する（ステップＳ１０）。このとき、ＭＤＭＳ１０１は、家庭システム１０２に付与された家庭識別情報もＳＭ１０２ａから受信し、これを第１暗号文cm_t、第２暗号文ce_t、第３暗号文cp_t及び時刻tと対応付けて電力使用量記憶部１０１ｅに記憶させる。ＭＤＭＳ１０１は、鍵記憶部１０１ｄに記憶された共通鍵Kmを用いて第１暗号文cm_tを復号し、電力使用量dtを復元してこれを電力使用量記憶部１０１ｅに記憶させる（ステップＳ１１）。その後、ＭＤＭＳ１０１は、電力使用量dtに誤りがないかを検査し、必要に応じて、電力使用量dtに対する補正量を計算する。

ここで、電力使用量dtの誤りを検出する方法について説明する。この方法の一例として線形補間を利用する方法がある。線形補間を単純に摘要し、同一のＳＭ１０２ａから受信された電力使用量について複数の第１単位時間分の電力使用量について時間的に前後の電力使用量と比較して、ある閾値以上のずれがあった場合に誤りとみなす、という方法がある。この際の閾値としては、絶対値であっても相対値（例えば３０％以上の割合で差があった場合）であっても良い。そして、ある閾値以上のずれがあった場合に、このずれの値を補正量とみなす。

そして、ＭＤＭＳ１０１は、この補正量を用いて、第２暗号文ce_t及び第３暗号文cp_tを以下の式（１０）〜（１１）により各々補正する（ステップＳ１２）。尚、補正量をｘとし、補正後の第１暗号文をcm_t’とし、補正後の第２暗号文をce_t’とし、補正後の第３暗号文をcp_t’とする。
ce_t’＝ce_t＋ｘ（mod α）・・・（式１０）
cp_t’＝cp_t＋ｘ（mod α）・・・（式１１）

尚、以降、説明の便宜上、補正前の第２暗号文と補正後の第２暗号文とを区別する必要がない場合には、ce_tと記載し、補正前の第３暗号文と補正後の第３暗号文とを区別する必要がない場合には、cp_tと記載する場合がある。その後、ＭＤＭＳ１０１は、補正に必要なくなった第１暗号文及び復元した電力使用量dtを電力使用量記憶部１０１ｅから削除する（ステップＳ１３）。

次いで、ＭＤＭＳ１０１は、ある地域の複数の家庭システム１０２について、第１単位時間における補正後の第２暗号文を集計することにより、第１電力使用総量の暗号文を計算してこれを電力使用量記憶部１０１ｅに記憶させる。例えば複数の家庭システム１０２の有するＳＭがＳＭ１０２ａａ，ＳＭ１０２ａｂ，…，ＳＭ１０２ａｊの１０個であるとし、各ＳＭ１０２ａａ，ＳＭ１０２ａｂ，…，ＳＭ１０２ａｊが電力使用量を集計した時刻をta，tb，…，tjとし、ＳＭ１０２ａａが時刻tａに集計しＭＤＭＳ１０１が適宜補正した電力使用量の第２暗号文をce_a_ta’とし、ＳＭ１０２ａｂが時刻tｂに集計しＭＤＭＳ１０１が適宜補正した電力使用量の第２暗号文をce_b_tb’とし、…、ＳＭ１０２ａｊが時刻tｊに集計しＭＤＭＳ１０１が適宜補正した電力使用量の第２暗号文をce_j_tj’とする。このとき、時刻tにおける第１電力使用総量の暗号文ce(a;j)は、以下の式１２により計算される。
ce(a;j)=ce_a_ta’+ce_b_tb’+・・・+ce_j_tj’・・・（式１２）

そして、ＭＤＭＳ１０１は、第１電力使用総量の暗号文ce(a;j)及び各ＳＭ１０２ａａ，ＳＭ１０２ａｂ，…，ＳＭ１０２ａｊに対応する時刻ta,tb,…,tjをＥＭＳ１０３に送信する（ステップＳ１４）。ステップＳ１４の後、ＭＤＭＳ１０１は、ＥＭＳ１０３に送信した第１電力使用総量の暗号文及び当該第１電力使用総量の暗号文の計算に用いた第２暗号文を電力使用量記憶部１０１ｅから削除するようにしても良い。

ＥＭＳ１０３は、第１電力使用総量の暗号文ce(a;j)及び各ＳＭ１０２ａａ，ＳＭ１０２ａｂ，…，ＳＭ１０２ａｊに対応する時刻ta,tb,…,tjを受信すると（ステップＳ１５）、これらを地域電力記憶部１０３ｄに記憶させ、鍵記憶部１０３ｃに記憶されている共通鍵Keを用いて、第１電力使用総量の暗号文を復号して、第１電力使用総量を復元してこれを地域電力記憶部１０３ｄに記憶させる（ステップＳ１６）。具体的には、ＥＭＳ１０３は、共通鍵Keと日時や時刻taとを元に、ＳＭ１０２ａａにおいて暗号化の際に使用された一方向生関数あるいは鍵付きハッシュ関数h(s、x)を用いて一時鍵Ke_ta=h(Ke,ta)を計算し、同様にtb,…,tjを元に各一時鍵Ke_tb,…,Ke_tjを各々計算する。そして、ＥＭＳ１０３は、一時鍵Ke_taを用いてストリーム暗号ST(・)を動作させて鍵系列KeST_taを計算し、同様に、一時鍵Ke_tb,…,Ke_tjを元に、各鍵系列KeST_tb,…,KeST_tjを各々計算し、それらの総和KeSTを以下の式１３により計算する。
KeST＝KeST_ta+・・・+ KeST_tj (mod α）・・・（式１３）

そして、ＥＭＳ１０３は、第１電力使用総量の暗号文ce(a;j)及び鍵系列の総和KeSTを用いて、以下の式１４により、第１電力使用総量deを計算することにより、第１電力使用総量の暗号文ce(a;j)から第１電力使用総量deを復元する。
de＝ce(a;j)−KeST（mod α）・・・（式１４）

その後、ＥＭＳ１０３は第１電力使用総量deに基づいて電力制御を行う(ステップＳ１７)。ステップＳ１７の後、ＥＭＳ１０３は、第１電力使用総量の暗号文や復元した第１電力使用総量deを地域電力記憶部１０３ｄから削除しても良い。

次に、電力使用量計算システムの行う課金システム処理の手順について図８を用いて説明する。尚、第１単位時間毎に、上述の図７のステップＳ１２で、ＭＤＭＳ１０１の電力使用量記憶部１０１ｅには、各家庭の補正後の第３暗号文が時刻及び家庭識別情報と対応付けられて記憶されている。課金サーバ１０４は、第２単位時間毎に、ＭＤＭＳ１０１に対して課金システム処理の実行を指示する課金処理コマンドを送信する(ステップＳ２０)。課金処理コマンドでは、課金処理の対象となる第２単位時間と、家庭識別情報とが指定される。尚、課金処理コマンドの送信は、課金サーバ１０４からではなく、ＭＤＭＳ１０１から課金サーバ１０４に対して送信されるようにしても良い。

ＭＤＭＳ１０１は、課金処理コマンドを受信すると、指定された家庭識別情報に対応し且つ第２単位時間内の第１単位時間毎の時刻が対応付けられた第３暗号文を電力使用量記憶部１０１ｅから読み出す (ステップＳ２１)。例えば、ＳＭ１０２ａについて、第２単位時間内の時刻t1,t2,…,t30が対応付けられた補正後の第３暗号文を各々cp_t１’,cp_t２’ ,…,cp_t30’とする。このとき、ＭＤＭＳ１０１は、第２単位時間内の電力使用量の総量（第２電力使用総量）の暗号文cpを以下の式１５により計算する（ステップＳ２２）。
cp=cp_t1’+cp_t2’+・・・+cp_t30’・・・(式１５)

そして、ＭＤＭＳ１０１は、第２電力使用総量の暗号文を時刻t1,t2,…,t30と対応付けて電力使用量記憶部１０１ｅに記憶させ、当該第２電力使用総量の暗号文cp及び時刻t1,t2,…,t30を課金サーバ１０４に送信する（ステップＳ２２）。尚、ＭＤＭＳ１０１は、第２電力使用総量の暗号文を送信して第２所定時間が経過した後、第２電力使用総量の暗号文を電力使用量記憶部１０１ｅから削除しても良い。ここで、第２所定時間とは、課金サーバ１０４から第２電力使用総量の再送を受け付ける可能性がある期間であり、例えば３ヶ月等である。

課金サーバ１０４は、第２電力使用総量の暗号文cp及び時刻t1,t2,…,t30を受信すると（ステップＳ２３）、鍵記憶部１０４ｃに記憶されている共通鍵kpを用いて、第２電力使用総量の暗号文を復号して、第２電力使用総量を復元する（ステップＳ２４）。具体的には、課金サーバ１０４は、共通鍵Kpと日時や時刻t1とを元に、ＳＭ１０２ａにおいて暗号化の際に使用された一方向生関数あるいは鍵付きハッシュ関数h(s、x)を用いて一時鍵「Kp_t1=h(Kp,t1)」を計算し、同様にt2、・・・、t30を元に各々一時鍵Kp_t2,…,Kp_t30を計算する。そして、課金サーバ１０４は、一時鍵Kp_t1を用いてストリーム暗号ST(・)を動作させた鍵系列KpST_t1を計算し、同様に、一時鍵Kp_t2,…,Kp_t30を元に各々鍵系列KpST_t2,…,KpST_t30を各々計算し、それらの総和KpSTを以下の式１６により計算する。
KpST= KpST_t1+・・・+KpST_t30（mod α）・・・（式１６）

そして、課金サーバ１０４は、第２電力使用総量の暗号文cp及び鍵系列の総和KpSTを用いて、以下の式１７により、第２電力使用総量dpを計算することにより、第２電力使用総量の暗号文cpから第２電力使用総量dpを復元する。
dp＝cp−KpST（mod α）・・・（式１７）

その後、課金サーバ１０４は、ステップＳ２４で復元した第２電力使用総量dpに基づいて、各家庭に対する課金処理を行う(ステップＳ２５)。尚、課金サーバ１０４は、第２電力使用総量の暗号文cp又は復元した第２電力使用総量dpを課金データ記憶部１０４ｄに記憶させるが、課金処理を行った後、これを課金データ記憶部１０４ｄから削除しても良い。

次に、電力使用量計算システムが行う閲覧要求処理の手順について図９を用いて説明する。尚、第１単位時間毎に、上述の図７のステップＳ１２で、ＭＤＭＳ１０１の電力使用量記憶部１０１ｅには、各家庭の補正後の第２暗号文及び第３暗号文が時刻及び家庭識別情報と対応付けられて記憶されている。ＳＭ１０２ａは、例えば、操作入力部を介して、ある閲覧希望期間の電力使用量の閲覧を要求する操作入力があった場合、電力使用量記憶部１０２ａ３を検索して、当該要求に該当する電力使用量を検索する。検索の結果、該当の電力使用量が電力使用量記憶部１０２ａ３に記憶されている場合、当該電力使用量を表示部に表示させることにより閲覧処理を行う。一方、検索の結果、該当の電力使用量が電力使用量記憶部１０２ａ３に記憶されていない場合、ＳＭ１０２ａは、電力使用量の閲覧を要求する閲覧要求コマンドをＭＤＭＳ１０１に送信する（ステップＳ３０）。

ＭＤＭＳ１０１は、閲覧要求コマンドを受信すると(ステップＳ３１)、閲覧要求コマンドによって指定された家庭識別情報に対応して記憶している第２暗号文及び第３暗号文のうち閲覧要求期間内の各第１単位時間に対応する第２暗号文及び第３暗号文のうち少なくとも一方を電力使用量記憶部１０１ｅにおいて検索し、検索の結果得られた第２暗号文及び第３暗号文のうち少なくとも一方をＳＭ１０２ａに送信する(ステップＳ３２)。このとき、ＭＤＭＳ１０１は、第２暗号文を送信する場合には当該第２暗号文に対応付けられている時刻も送信し、第３暗号文を送信する場合には当該第３暗号文に対応付けられている時刻も送信する。

ＳＭ１０２ａは、時刻と対応付けられた第２暗号文及び第３暗号文のうち少なくとも一方をＭＤＭＳ１０１から受信すると、鍵記憶部１０２ａ５に記憶された共通鍵を用いて、第２暗号文及び第３暗号文のうち少なくとも一方を復元する（ステップＳ３３）。具体的には、第２暗号文については、ＳＭ１０２ａは、鍵記憶部１０２ａ５に記憶された共通鍵Keと日時や当該第２暗号文に対応付けられた時刻tとを元に、一時鍵Ke_tを計算し、当該一時鍵Ke_tを用いて暗号化の際に使用したストリーム暗号を動作させた鍵系列KeST_tを計算して、当該鍵系列KeST_tを用いて第２暗号文を復号することにより（式８参照）、電力使用量を復元する。第３暗号文についても同様に、ＳＭ１０２ａは、鍵記憶部１０２ａ５に記憶された共通鍵Kpと日時や当該第３暗号文に対応付けられた時刻tとを元に、一時鍵Kp_tを計算し、当該一時鍵Kp_tを用いて暗号化の際に使用したストリーム暗号を動作させた鍵系列KpST_tを計算して、当該鍵系列KpST_tを用いて第３暗号文を復号することにより（式９参照）、電力使用量を復元する。その後、ＳＭ１０２ａは、復元した電力使用量を表示部に表示させることにより閲覧処理を行う（ステップＳ３４）。

尚、ＭＤＭＳ１０１の電力使用量記憶部１０１ｅに電力使用量の第１暗号文に記憶されている場合には、ステップＳ３１では、ＭＤＭＳ１０１は、閲覧要求コマンドに応じた第１暗号文をＳＭ１０２ａに送信しても良い。この場合、ＳＭ１０２ａは、ステップＳ３３で第１暗号文を受信すると、鍵記憶部１０２ａ５に記憶された共通鍵Kmと日時や当該第１暗号文に対応付けられた時刻tとを元に、一時鍵Km_tを計算し、当該一時鍵Km_tを用いて暗号化の際に使用したストリーム暗号を動作させた鍵系列KmST_tを計算して、当該鍵系列KmST_tを用いて第２暗号文を復号することにより（式７参照）、電力使用量を復元すれば良い。

以上のように、本実施の形態によれば、各電力メータで集計された各電力使用量をメータデータ管理システムにおいて隠蔽してプライバシーを保護しつつ、電力使用総量を計算可能になる。

尚、本発明は前記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、前記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除しても良い。また、以下に例示するような種々の変形が可能である。

上述した実施の形態において、ＭＤＭＳ１０１、ＳＭ１０２ａ、ＥＭＳ１０３及び課金サーバ１０４のうち少なくとも１つで実行される各種プログラムを、インターネット等のネットワークに接続されたコンピュータ上に格納し、ネットワーク経由でダウンロードさせることにより提供するように構成しても良い。また当該各種プログラムを、インストール可能な形式又は実行可能な形式のファイルでＣＤ−ＲＯＭ、フレキシブルディスク（ＦＤ）、ＣＤ−Ｒ、ＤＶＤ（Digital Versatile Disk）等のコンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録してコンピュータプログラムプロダクトとして提供するように構成しても良い。

上述した実施の形態においては、ＳＭ１０２ａが電力使用量を集計するのは、第１単位時間毎であり、定期的であるようにしたが、これに限らず、任意のタイミングであっても良い。

上述した実施の形態においては、ＭＤＭＳ１０１と課金サーバ１０４との間の通信や、ＭＤＭＳ１０１とＥＭＳ１０３との間の通信や、ＳＭ１０２ａとＭＤＭＳ１０１との間の通信には、送受信する情報を秘匿するためにOpenSSL等の暗号通信を用いても良い。また、各通信時には、互いを認証するための機器認証を行っても良い。また、送受信の内容によっては、メッセージ認証コード：ＭＡＣ（Message Authentication Code）あるいはデジタル署名（Digital Signature）を用いてメッセージ認証を施しても良い。また、送受信の内容によっては、暗号化とメッセージ認証のいずれか片方を施しても良いし、暗号化とメッセージ認証の両方を適用しなくても良い。このような構成において、暗号通信を行う機器では、暗号通信に用いる鍵や、ＭＡＣ生成や署名生成したりする際に用いる鍵を記憶するようにする。この暗号化通信において暗号化される情報は、制御コマンド、電力使用量、電力使用量の第１暗号文、第２暗号文及び第３暗号文、第１電力使用総量の暗号文及び第２電力使用総量の暗号文のいずれか１つ以上であっても良い。この暗号通信において暗号化された情報を受信した機器は、当該情報を復元し、復元した情報を用いる。

上述した実施の形態においては、電力使用量の暗号化や復号に、共通鍵暗号方式（ＡＥＳ等）に限らず、公開鍵暗号方式（ＲＳＡ等）や楕円曲線暗号等適切な方式を用いても良い。

上述した実施の形態においては、ＳＭ１０２ａは、上述したように、参考文献１に記載の方法で暗号化を行うようにしても良いが、この場合、ＳＭ１０２ａは、課金サーバ１０４とＳＭ１０２ａとの間でのみ共有される共通鍵Kpを用いて暗号化した電力使用量の第３暗号文cp_tを送信し、ＭＤＭＳ１０１は、電力使用量の第３暗号文cp_tを受信して上述のように適宜補正した後、第２電力使用総量の暗号文cpを「cp*cp_t」に更新してこれを電力使用量記憶部１０１ｅに記憶させる。第２電力使用総量の暗号文cpは、第２単位時間毎にEnc_P(Kp,0)で初期化され、第３暗号文cp{i,j}を乗算した後はcp=Enc_P(Kp,Σcp_t)を満たす値となる。ＭＤＭＳ１０１は、課金サーバ１０４から課金処理コマンドを受信すると、電力使用量記憶部１０１ｅに記憶された第２電力使用総量の暗号文cpを課金サーバ１０４に送信し、課金サーバ１０４は、共通鍵Kpを用いて当該第２電力使用総量の暗号文cpを復号することにより、第２電力使用総量を復元すれば良い。

上述した実施の形態においては、ＥＭＳ１０３は電力制御のために、電力使用量の他に、一定期間の電圧や電流等の情報を使用する場合も考えられるが、その場合は上述の書く実施の形態における電力使用量の集計と同様の方法を用いることで対応可能である。

上述した実施の形態においては、ＭＤＭＳ１０１は、電力使用量の第１暗号文を復号し、第２暗号文及び第３暗号文を補正したが、補正の必要がない場合には、第２暗号文及び第３暗号文を補正しなくても良い。

また、実施の形態においては、ＳＭ１０２ａは、ＥＭＳ１０３との間で共通鍵Keを共有して、共通鍵Keを用いて電力使用量を暗号化して第２暗号文ce-tを計算したが、これに限らず、ＥＭＳ１０３との間で共通鍵Keを共有することなく、ＥＭＳ１０３に対して電力使用量を暗号化しなくても良い。この場合、ＭＤＭＳ１０１は、第１単位時間において複数の家庭システム１０２のＳＭ１０２ａから受信した電力使用量を適宜補正した後集計して、これをＥＭＳ１０３に送信するようにしても良い。

上述した実施の形態に係る構成は、電力使用量の計算の他、ガスや水道等の使用量の計算にも適用することが可能である。

１０１ ＭＤＭＳ
１０１ａ 通信制御部
１０１ｂ 演算部
１０１ｃ 復号部
１０１ｄ 鍵記憶部
１０１ｅ 電力使用量記憶部
１０１ｆ 補正部
１０２ 家庭システム
１０２ａ１ 通信制御部
１０２ａ２ 暗復号部
１０２ａ３ 電力使用量記憶部
１０２ａ４ 計測部
１０２ａ５ 鍵記憶部
１０２ａ６ 閲覧処理部
１０３ ＥＭＳ
１０３ａ 通信制御部
１０３ｂ 復号部
１０３ｃ 鍵記憶部
１０３ｄ 地域電力記憶部
１０３ｅ 電力制御判定部
１０４ 課金サーバ
１０４ａ 通信制御部
１０４ｂ 復号部
１０４ｃ 鍵記憶部
１０４ｄ 課金データ記憶部
１０４ｅ 課金処理部

Claims (9)

1. 電気機器の電力使用量を集計する電力メータと、前記電力使用量に基づき電力使用の抑制要求や電力網に接続される蓄電池の充放電の制御を行うエネルギー管理装置と、前記電力使用量に基づき課金処理を行う課金サーバと、が接続されるデータ管理装置であって、
   前記電力メータで集計された前記電力使用量が、当該データ管理装置と前記電力メータとの間で共有される共通鍵を用いて、準同型関数により暗号化された第１暗号文を受信する受信部と、
   受信された前記第１暗号文を用いて、所定時間内の前記電力使用量の総量の暗号文を計算する計算部と、
   計算された前記総量の暗号文を前記エネルギー管理装置および前記課金サーバに送信する送信部と、
   前記第１暗号文を復号することにより、前記電力使用量を復元する復号部と、
   復元された前記電力使用量に対する補正量を計算する補正量計算部と、を備え、
   前記受信部は、更に、複数の前記電力メータで各々集計された前記電力使用量が、前記エネルギー管理装置と前記電力メータとの間で共有される共通鍵を用いて、準同型関数により暗号化された第２暗号文を受信し、
   前記計算部は、更に、受信された前記第２暗号文を用いて、前記エネルギー管理装置が前記電力網を制御するための時間間隔を表す第１単位時間に使用された前記電力使用量の第１総量の暗号文を計算し、
   前記送信部は、計算された前記第１総量の暗号文を前記エネルギー管理装置に送信し、
   前記受信部は、更に、複数の前記電力メータで各々集計された前記電力使用量が、前記課金サーバと前記電力メータとの間で共有される共通鍵を用いて、準同型関数により暗号化された第３暗号文を各々受信し、
   前記計算部は、更に、受信された前記第３暗号文を用いて、前記課金サーバが前記課金処理を行うための時間間隔を表す第２単位時間に使用された前記電力使用量の第２総量の暗号文を計算し、
   前記送信部は、計算された前記第２総量の暗号文を前記課金サーバに送信し、
   計算された前記補正量を用いて、前記第２暗号文及び前記第３暗号文を補正する補正部を更に備え、
   前記計算部は、更に、補正された前記第２暗号文を用いて、前記第１総量の暗号文を計算し、補正された前記第３暗号文を用いて、前記第２総量の暗号文を計算する
   ことを特徴とするデータ管理装置。
2. 前記補正量計算部は、復元された前記電力使用量について、前記第１時間単位の範囲内で前後の前記電力使用量を比較し、前後の前記電力使用量のずれ量を前記補正量として計算する
   ことを特徴とする請求項１に記載のデータ管理装置。
3. 前記補正量計算部は、復元された前記電力使用量について、前記第１時間単位の範囲内で前後の前記電力使用量を比較し、前後の前記電力使用量に閾値以上のずれがあった場合に、ずれ量を前記補正量として計算する
   ことを特徴とする請求項２に記載のデータ管理装置。
4. 前記補正量計算部は、復元された前記電力使用量について、前記第１時間単位の範囲内で前後の前記電力使用量を比較し、前後の前記電力使用量に、絶対値である前記閾値以上のずれがあった場合に、ずれ量を前記補正量として計算する
   ことを特徴とする請求項３に記載のデータ管理装置。
5. 前記補正量計算部は、復元された前記電力使用量について、前記第１時間単位の範囲内で前後の前記電力使用量を比較し、前後の前記電力使用量の差分の割合が前記閾値以上の場合に、ずれ量を前記補正量として計算する
   ことを特徴とする請求項３に記載のデータ管理装置。
6. 受信された前記第３暗号文を記憶する記憶部と、
   前記計算部が計算を行った後、前記記憶部に記憶された前記第３暗号文を削除する削除部とを更に備える
   ことを特徴とする請求項１に記載のデータ管理装置。
7. 前記記憶部は、受信された前記第１暗号文を記憶し、
   前記送信部は、前記電力メータからの要求に応じて、前記記憶部に記憶された前記第１暗号文を前記電力メータに送信する
   ことを特徴とする請求項６に記載のデータ管理装置。
8. 電気機器の電力使用量を集計する複数の電力メータと、前記電力使用量を収集して管理するデータ管理装置と、前記電力使用量に基づき電力使用の抑制要求や電力網に接続される蓄電池の充放電の制御を行うエネルギー管理装置と、前記電力使用量に基づき課金処理を行う課金サーバと、を備える電力使用量計算システムであって、
   前記電力メータは、
   前記電力使用量を集計する集計部と、
   集計された前記電力使用量を、前記データ管理装置と前記電力メータとの間で共有される共通鍵を用いて、準同型関数により暗号化して、第１暗号文を計算する第１計算部と、
   計算された前記第１暗号文を前記データ管理装置に送信する第１送信部とを備え、
   前記データ管理装置は、
   送信された前記第１暗号文を受信する受信部と、
   受信された前記第１暗号文を用いて、所定時間内の前記電力使用量の総量の暗号文を計算する第２計算部と、
   前記総量の暗号文を前記エネルギー管理装置および前記課金サーバに送信する第２送信部と、
   前記第１暗号文を復号することにより、前記電力使用量を復元する復号部と、
   復元された前記電力使用量に対する補正量を計算する補正量計算部と、を備え、
   前記受信部は、更に、複数の前記電力メータで各々集計された前記電力使用量が、前記エネルギー管理装置と前記電力メータとの間で共有される共通鍵を用いて、準同型関数により暗号化された第２暗号文を受信し、
   前記第２計算部は、更に、受信された前記第２暗号文を用いて、前記エネルギー管理装置が前記電力網を制御するための時間間隔を表す第１単位時間に使用された前記電力使用量の第１総量の暗号文を計算し、
   前記送信部は、計算された前記第１総量の暗号文を前記エネルギー管理装置に送信し、
   前記受信部は、更に、複数の前記電力メータで各々集計された前記電力使用量が、前記課金サーバと前記電力メータとの間で共有される共通鍵を用いて、準同型関数により暗号化された第３暗号文を各々受信し、
   前記第２計算部は、更に、受信された前記第３暗号文を用いて、前記課金サーバが前記課金処理を行うための時間間隔を表す第２単位時間に使用された前記電力使用量の第２総量の暗号文を計算し、
   前記送信部は、計算された前記第２総量の暗号文を前記課金サーバに送信し、
   計算された前記補正量を用いて、前記第２暗号文及び前記第３暗号文を補正する補正部を更に備え、
   前記第２計算部は、更に、補正された前記第２暗号文を用いて、前記第１総量の暗号文を計算し、補正された前記第３暗号文を用いて、前記第２総量の暗号文を計算する
   ことを特徴とする電力使用量計算システム。
9. 電気機器の電力使用量を集計する電力メータと、前記電力使用量に基づき電力使用の抑制要求や電力網に接続される蓄電池の充放電の制御を行うエネルギー管理装置と、前記電力使用量に基づき課金処理を行う課金サーバと、が接続されるデータ管理装置で用いられるコンピュータを、
   前記電力メータで集計された前記電力使用量が、当該データ管理装置と前記電力メータとの間で共有される共通鍵を用いて、準同型関数により暗号化された第１暗号文を受信する受信部と、
   受信された前記第１暗号文を用いて、所定時間内の前記電力使用量の総量の暗号文を計算する計算部と、
   計算された前記総量の暗号文を前記エネルギー管理装置および前記課金サーバに送信する送信部と
   前記第１暗号文を復号することにより、前記電力使用量を復元する復号部と、
   復元された前記電力使用量に対する補正量を計算する補正量計算部として機能させ、
   前記受信部は、更に、複数の前記電力メータで各々集計された前記電力使用量が、前記エネルギー管理装置と前記電力メータとの間で共有される共通鍵を用いて、準同型関数により暗号化された第２暗号文を受信し、
   前記計算部は、更に、受信された前記第２暗号文を用いて、前記エネルギー管理装置が前記電力網を制御するための時間間隔を表す第１単位時間に使用された前記電力使用量の第１総量の暗号文を計算し、
   前記送信部は、計算された前記第１総量の暗号文を前記エネルギー管理装置に送信し、
   前記受信部は、更に、複数の前記電力メータで各々集計された前記電力使用量が、前記課金サーバと前記電力メータとの間で共有される共通鍵を用いて、準同型関数により暗号化された第３暗号文を各々受信し、
   前記計算部は、更に、受信された前記第３暗号文を用いて、前記課金サーバが前記課金処理を行うための時間間隔を表す第２単位時間に使用された前記電力使用量の第２総量の暗号文を計算し、
   前記送信部は、計算された前記第２総量の暗号文を前記課金サーバに送信し、
   前記コンピュータを、更に、計算された前記補正量を用いて、前記第２暗号文及び前記第３暗号文を補正する補正部として機能させ、
   前記計算部は、更に、補正された前記第２暗号文を用いて、前記第１総量の暗号文を計算し、補正された前記第３暗号文を用いて、前記第２総量の暗号文を計算する
   プログラム。

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