[发明专利]基于状态估计的智能电网动态数据加密方法

说明书

技术领域：

本发明涉及智能电网安全通信技术领域，特别涉及使用状态估计生成动态密钥的智能电网通信加密方法。

背景技术：

智能电网利用信息网络技术对电力网络中发电、配电和耗电设备进行实时监测和优化控制，实现节能、减排等目标。如何保证电力网络中的数据在传输过程中的安全和隐私，是智能电网稳定运行的基础。目前，智能电网主要采用各种对称与非对称加密技术保证通信的安全，然而，单单利用常用加密技术难以保证通信过程的安全可靠，其存在的严重隐患主要在于：

(1)智能电网的广泛使用，导致第三方可以获取智能电网终端装置，分析终端装置使用的对称加密技术，降低对密文的破解难度；

(2)智能电网通信节点数量巨大、工作环境复杂，对加密技术的稳定性和复杂度，以及设备的成本和能耗有严格要求，非对称加密技术复杂度较高，硬件成本和能耗相对较高，不适用于大规模智能电网部署。

现有技术中，还没有一种有效的方法可以从本质上解决上述问题。因此，从智能电网实际运行要求出发，需要找到一种具有较高的安全性和较低的复杂度的加密方法。

发明内容：

本发明的主要目的在于提供一种基于状态估计的智能电网动态数据加密方法。遥测终端将观测数据分为上报数据和保留数据，利用保留数据生成动态密钥，对上报数据进行加密，生成密文发送给控制中心；控制中心基于状态估计方法计算遥测终端的保留数据，生成动态密钥，对遥测终端发送的密文进行解密，解密得到遥测终端的上报数据。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

基于状态估计的智能电网动态数据加密方法，包括如下步骤：

1）、T1时刻，遥测终端利用测量模块对本节点电力状态进行测量，并将量测数据分为保留数据和上报数据；

2）、遥测终端根据保留数据和T0时刻的动态密钥生成遥测终端T1时刻的动态密钥；

3）、遥测终端利用T0时刻的动态密钥对上报数据进行加密，生成加密数据发送给控制中心；

4）、控制中心利用对应各遥测终端的T0时刻的控制中心动态密钥分别对各遥测终端发送的加密数据进行解密，获取各遥测终端的上报数据；

5）、控制中心基于状态估计方法，根据各遥测终端的上报加密数据计算出其保留数据，生成对应各遥测终端的T1时刻的控制中心动态密钥；

其中T0时刻为T1时刻的上一测量模块的采集时刻。

本发明进一步的改进在于：所述步骤2)中遥测终端动态密钥的生成步骤为：遥测终端对保留数据进行容错处理得到容错处理后的保留数据；然后对容错处理后的保留数据进行HASH运算生成T1时刻更新密钥；然后从遥测终端的动态密钥库中获取T0时刻的遥测终端的动态密钥，与T1时刻更新密钥进行异或运算，生成T1时刻遥测终端的动态密钥。

本发明进一步的改进在于：容错处理方法为放大后向下取整、放大后向上取整或四舍五入取整；HASH运算为MD4、MD5或SHA-1。

本发明进一步的改进在于：所述步骤5)中控制中心基于状态估计方法，根据各遥测终端的上报加密数据计算出其保留数据，生成对应各遥测终端的T1时刻的控制中心动态密钥的步骤为：根据各遥测终端的上报数据，利用最小二乘算法进行状态估计，计算的各遥测终端的估计保留数据，利用步骤2）中的相同的容错处理方法和HASH算法，生成对应各遥测终端的控制中心动态密钥。

本发明进一步的改进在于：步骤3）中遥测终端利用T0时刻的动态密钥，采用对称加密方法对上报数据进行加密；所述对称加密方法为异或运算、DES或RC4。

本发明进一步的改进在于：步骤4）中控制中心利用对应各遥测终端的T0时刻的控制中心动态密钥，采用与步骤3）中相同的对称加密方法分别对各遥测终端发送的加密数据进行解密，获取各遥测终端的上报数据。

本发明进一步的改进在于：步骤1)中上报数据和保留数据根据控制中心需求确定，且满足两个条件：（1）本节点上的上报数据不能直接推导出本节点的所有保留数据，（2）控制中心利用状态估计算法，根据所有节点的上报数据能够推导出所有节点的保留数据。

本发明进一步的改进在于：步骤1)中量测数据包括电压幅值和相角、有功功率和无功功率；所述上报数据为有功功率和无功功率，所述保留数据为电压幅值和相角。

相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：