[发明专利]一种针对智能电表数据发布的隐私保护方法及系统

说明书

本发明公开了一种针对智能电表数据发布的隐私保护方法及系统，属于物联网隐私安全领域，包括：(1)采集各设备的电力学数据并进行预处理，以得到查询数据集；(2)按照预设的时间间隔，根据预设的查询模式对查询数据集执行多次查询操作；(3)根据多次查询操作的结果数据计算查询目标；(4)通过差分隐私的方法对每一次查询操作的结果数据添加噪声，并利用添加噪声之后的结果数据重新计算查询目标；(5)若加噪前、后两个查询目标的误差δ满足δ＜Th_δ，则发布加噪后的查询目标以结束操作；否则，整添加噪声的参数后，转入步骤(4)。本发明能够有效解决现有的利用可充电电池的智能电表隐私保护方法中所存在的开销大、可用性低以及安全性差的问题。

技术领域

本发明属于物联网隐私安全领域，更具体地，涉及一种针对智能电表数据发布的隐私保护方法及系统。

背景技术

近年来，在物联网系统中大规模部署传感器，收集数据为用户提供服务，已经广泛的应用于智能家居系统中。智能电表是智能家居系统中的重要组成部分，可以实现能源分配、故障分析、需求控制、电能质量分析以及准确计费等功能。

随着非侵入式负载监控的出现，在已知电器的配置文件信息的条件下，很容易识别总功率负载的单个设备，从而分析家庭的内部活动。这种分析可以为用户提供设备推荐，和家庭能源的使用优化，但不可避免的也会被恶意攻击者利用，获取用户隐私数据。智能电表的数据收集是不可或缺的，特别是在智能家居中需要与第三方应用共享数据以获取有用服务的情况下，因此，智能电表在发布和分享这些数据给第三方应用之前需要对原数据进行隐私保护处理。

匿名处理是一种保护智能电表隐私数据的方法，但一般而言，简单的将原数据进行匿名处理，攻击者仍然能够根据一定的背景知识识别数据的特征信息，从而获取相关的隐私信息。目前，针对智能电表隐私保护的另外一种主要方式是通过增加可充电电池隐藏用户的用电特征，比如在用电低谷期利用可充电电池存储电能，在用电高峰期电池可以负担部分的电能消耗，由此能够实现负载隐藏。采用可充电电池的优势在于可令智能电表产生的能耗曲线更趋向平稳，同时可以避开用电高峰期，降低用电成本。但是现有的基于电池的隐私保护方法存在以下突出问题：(1)开销大，不易推广：可充电电池的安装与使用会造成成本的消耗，与此同时可充电电池长期频繁地充放电会大大降低电池的使用寿命；(2)可用性低：由于所有电池都具有有限的容量和充放电率，当电池中剩余的能量太低或太高而无法抹平能耗曲线，这时仪表将反映真实的能量消耗，不可避免的暴露了客户的隐私，使得基于电池的负载隐藏隐私保护的随机性大，可用性差；(3)安全性差：基于可充电电池的隐私保护方法无法有效保证用户的隐私，缺乏有效地隐私保护证明。

发明内容

针对现有技术的缺陷和改进需求，本发明提供了一种针对智能电表数据发布的隐私保护方法及系统，其目的在于，解决现有的利用可充电电池的智能电表隐私保护方法中所存在的开销大、可用性低以及安全性差的问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种针对智能电表数据发布的隐私保护方法，包括：

(1)采集总电路上各设备的电力学数据并进行预处理，以得到查询数据集；查询数据集记录了每秒钟各设备及总电路的视在功率；

(2)按照预设的时间间隔，根据预设的查询模式对查询数据集执行多次查询操作；

查询模式包括查询目标以及对应的查询方式；

(3)根据多次查询操作的结果数据，计算查询目标，记为第一查询目标；

(4)通过差分隐私的方法对每一次查询操作的结果数据添加噪声，并利用添加噪声之后的结果数据，重新计算查询目标，记为第二查询目标；

(5)若第二查询目标相对于第一查询目标的误差δ满足δ＜Th_δ，则将第二查询目标作为最终查询结果进行发布以结束操作；否则，根据误差δ调整用于添加噪声的参数后，转入步骤(4)；