[发明专利]一种差分隐私安全及故障容错的智能电网聚合方法及系统

权利要求书

1.一种差分隐私安全及故障容错的智能电网聚合方法，其特征在于该方法由安装在用户中的智能电表实时记录并汇报用户的用电量；由控制中心负责收集、处理和分析各用户的实时用电量数据，并提供可靠的智能服务；由具有数据聚合功能和中继功能的网关负责将控制中心的控制指令转发给各用户，以及对各用户汇报的用电量数据进行聚合并汇报给控制中心；由可信中心负责管理整个系统，具体步骤如下：

（1）系统初始化模块

1）可信中心根据输入的安全参数，运行Boneh-Goh-Nissim加密系统的参数生产算法，产生，并建立Boneh-Goh-Nissim加密系统，获得对应的系统参数，其中，p和q为两个安全大素数，同时计算；

2）选择的生成元；

3）可信中心执行以下操作，分配所有用户和控制中心的秘密信息：

为每个用户随机选择，并将分配给用户；

计算，满足；

将分配给控制中心，作为控制中心的一部分秘密信息；

为每个用户计算对应的，满足，其中，

并将分配给CC，作为控制中心的另一部分秘密信息

4）可信中心公开，作为系统公钥；

（2）数据聚合请求模块

每隔15分钟，各用户汇报一次用电量，数据的汇报时间点为，在数据汇报时间点，控制中心执行以下操作，发起数据聚合请求：

1）随机选择，并计算和；

2）将和发送给网关；

（3）数据聚合请求中继模块

网关接收到和后，执行以下操作，中继数据聚合请求：

1）选择，计算和；

2）将和分别转发给每个用户；

（4）用户数据汇报模块

每个用户在时间点，执行以下操作，将用电量汇报给网关：

1）计算，

其中和为两个服从伽马分布的独立同分布随机变量；

2）将汇报给网关；

（5）安全数据聚合模块

如果所有个用户正常汇报数据，网关执行下面的操作：

1）计算

2）将汇报给控制中心；

如果M个用户故障，网关执行下面的操作：

1）对接收到的进行聚合：

；

2）为M个故障用户补充M个噪音：

其中和（ ），为M对服从伽马分布的独立同分布随机变量；

3）将和发送给控制中心；

（6）聚合数据恢复模块

如果所有个用户正常汇报数据，控制中心执行下面的操作：

1）计算；

2）计算；

3）计算基于为底的离散对数，从而恢复出所有用户的，包含噪音信息的聚合用电量：；

如果一些用户故障，控制中心执行下面的操作：

1）计算：；

2）计算：；

3）类似于所有个用户正常汇报数据，恢复出正常汇报数据用户的，包含噪音信息的聚合用电量。

2.一种差分隐私安全及故障容错的智能电网聚合系统，其特征在于包括：

可信中心：负责管理整个系统；

控制中心：负责收集、处理和分析各用户的实时用电量数据，并提供可靠的智能服务；

网关：用于连接可信中心和住户区，具体负责将控制中心的控制指令转发给各用户，以及对各用户汇报的用电量数据进行聚合并汇报给控制中心；

用户：住户区中共有n个用户,每个用户都安装一个智能电表，用于实时记录并汇报用户的用电量；

该聚合系统还包括：

（1）系统初始化模块

1）可信中心根据输入的安全参数，运行Boneh-Goh-Nissim加密系统的参数生产算法，产生，并建立Boneh-Goh-Nissim加密系统，获得对应的系统参数，其中，p和q为两个安全大素数，同时计算；

2）选择的生成元；

3）可信中心执行以下操作，分配所有用户和控制中心的秘密信息：

为每个用户随机选择，并将分配给用户；

计算，满足；

将分配给控制中心，作为控制中心的一部分秘密信息；

为每个用户计算对应的，满足，其中，

并将分配给CC，作为控制中心的另一部分秘密信息

4）可信中心公开，作为系统公钥；

（2）数据聚合请求模块

每隔15分钟，各用户汇报一次用电量，数据的汇报时间点为，在数据汇报时间点，控制中心执行以下操作，发起数据聚合请求：

1）随机选择，并计算和；

2）将和发送给网关；

（3）数据聚合请求中继模块

网关接收到和后，执行以下操作，中继数据聚合请求：

1）选择，计算和；

2）将和分别转发给每个用户；

（4）用户数据汇报模块

每个用户在时间点，执行以下操作，将用电量汇报给网关：

1）计算，

其中和为两个服从伽马分布的独立同分布随机变量；

2）将汇报给网关；

（5）安全数据聚合模块

如果所有个用户正常汇报数据，网关执行下面的操作：

1）计算

2）将汇报给控制中心；

如果M个用户故障，网关执行下面的操作：

1）对接收到的进行聚合：

；

2）为M个故障用户补充M个噪音：

其中和（ ），为M对服从伽马分布的独立同分布随机变量；

3）将和发送给控制中心；

（6）聚合数据恢复模块

如果所有个用户正常汇报数据，控制中心执行下面的操作：

1）计算；

2）计算；

3）计算基于为底的离散对数，从而恢复出所有用户的，包含噪音信息的聚合用电量：；

如果一些用户故障，控制中心执行下面的操作：

1）计算：；

2）计算：；

3）类似于所有个用户正常汇报数据，恢复出正常汇报数据用户的，包含噪音信息的聚合用电量。