基于雾计算的智能电网安全与隐私保护数据聚合研究

论文摘要

近年来,智能电网正以新一代电力网络的身份飞速发展,但在新技术应用的同时也不可避免地带来了隐私泄露威胁。为了应对这类信息安全问题,相关研究通常从智能电表数据和智能电表身份两个方面进行隐私保护。文中提出一种基于雾计算的智能电网安全与隐私保护数据聚合方案,该方案利用云雾合作的多级聚合模型和同态加密算法,对智能电表实时数据进行多层隐私保护。实时数据在智能电表端通过加密获得第一层隐私保护,在雾端进行细粒度聚合获得第二层隐私保护,实现了整个网络数据传输与处理的机密性和隐私性。雾级聚合数据在云节点作为系数嵌入符合霍纳规则的一元多项式完成第三层隐私保护,最终电力服务机构将云级粗粒度聚合数据霍纳分解与解密,获得雾级与云级明文聚合数据。这些差异化实时数据可为电力服务机构进行电力消费分析与调度决策提供支撑。在整个数据传输过程中,设计的轻量级密钥协商身份认证机制实现了较低的计算成本,且能够有效抵御伪装攻击,保护数据的完整性;同时,云雾数据聚合操作极大地降低了冗余数据传输量(即通信开销)。最后,安全与性能评估表明该方案相对其他方案在安全性、实用性和高效性方面具有极大优势。

论文目录

• 1 网络模型
•   1.1 系统模型
•     （1） 密钥生成中心（KGC）:
•     （2） 智能电表（SMij）:
•     （3） 雾节点（fogj）:
•     （4） 云节点:
•     （5） 电力服务机构（EPSI）:
•   1.2 威胁模型
•     （1） 雾和云节点上的威胁:
•     （2） 窃听者窃听通信链路的威胁:
•     （3） 攻击者主动攻击的威胁:
• 2 本文方案
•   2.1 密钥生成与分发
•     （1） Paillier密钥生成与分发。
•     （2） 密钥协商部分的密钥生成与分发。
•   2.2 智能电表数据报告
•     （1） 雾节点和智能电表间的密钥协商。
•     （2） 原始数据感知。
•     （3） 原始数据加密。
•   2.3 雾节点细粒度聚合报告
•     （1） 雾节点与智能电表身份协商。
•     （2） 雾节点身份认证。
•     （3） 雾节点细粒度聚合。
•     （4） 雾节点与云节点密钥协商。
•     （5） 雾节点细粒度聚合报告的生成。
•   2.4 云节点粗粒度聚合报告
•     （1） 云节点与雾节点密钥协商。
•     （2） 云节点身份认证。
•     （3） 云节点粗粒度聚合。
•     （4） 云节点粗粒度聚合报告生成。
•   2.5 电力服务机构聚合报告读取
•     （1） 霍纳解析。对云端的粗粒度聚合数据Sumc进行解析
•     （2） 雾级细粒度聚合数据解密。
• 3 安全分析与性能评估
•   3.1 安全性分析
•     （1） 隐私性。
•     （2） 机密性。
•     （3） 完整性。
•     （4） 安全性对比。
•   3.2 身份认证性能
•   3.3 计算与通信开销
•     （1） 计算开销
•       ① 智能电表SMij:
•       ② 雾节点fogj:
•       ③ 云节点:
•       ④ 电力服务机构:
•     （2） 通信开销
• 4 结束语

文章来源

类型: 期刊论文

作者: 陈思光,杨熠,黄黎明,韩林秀,吴蒙

关键词: 雾计算,隐私保护,数据聚合,椭圆曲线,同态加密,霍纳规则

来源: 南京邮电大学学报(自然科学版) 2019年06期

年度: 2019

分类: 信息科技,工程科技Ⅱ辑

专业: 电力工业,自动化技术

单位: 南京邮电大学江苏省通信与网络技术工程研究中心,南京邮电大学江苏省宽带无线通信和物联网重点实验室

基金: 国家自然科学基金(61971235,61771258),江苏省“六大人才高峰”高层次人才项目(XYDXXJS-044),江苏省“333高层次人才培养工程”,南京邮电大学“1311”人才计划,中国博士后科学基金(2018M630590),南京邮电大学国家自然科学基金孵化项目(NY217057,NY218058),南京邮电大学大学生创新训练计划(SZDG2018026)资助项目,江苏省通信与网络技术工程研究中心开放课题重点项目(JSGCZX17011)

分类号: TM76

DOI: 10.14132/j.cnki.1673-5439.2019.06.010

页码: 62-72

总页数: 11

文件大小: 819K

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