[发明专利]一种基于多服务器的V2G网络中车辆的轻量级匿名认证系统与方法

说明书

本发明公开了一种基于多服务器的V2G网络中车辆的轻量级匿名认证系统及方法，系统具体包括可信机构(Trusted Authority,TA)、控制中心(Control Centre,CC)、聚合器(Aggregator,AG)、充电桩(Charging Station,CS)和电动汽车(Electric Vehicle,EV)；方法包括3个部分：系统初始化、CS注册、EV注册和EV与CS认证。本发明在确保系统主密钥和车辆用户隐私不被泄露的情况下实现车辆与电网之间轻量级的相互认证，提高了V2G网络的认证效率，能够更好的满足V2G网络对实际应用的需求。

技术领域

本发明属于车辆到电网(Vehicle-to-Grid)技术领域和电动车辆数据隐私保护技术领域，涉及一种基于多服务器的V2G网络中车辆的轻量级匿名认证与方法，特别涉及针对V2G网络领域的特点、车辆数据隐私保护的需要、对车辆与电网进行轻量级匿名认证的需求，通过结合非奇异椭圆曲线、伪随机技术和Shamir门限秘密共享的一种具有轻量级匿名认证系统与方法。

背景技术

V2G技术是指电动汽车在智能电网系统的统一调度和控制下，实现与电网之间信息流和电力流双向交换的一种新型技术，其核心思想是利用大量电动汽车的储能源作为电网和可再生能源的缓冲。研究表明，95％以上的电动车辆均处于停放状态，90％以上的电动车辆每天平均行驶时间大概为1小时。在用电高峰期，停放的车辆在满足车辆用户行驶需求的前提下，可以作为移动的储能源向电网馈电(放电)；在用电低谷期，车辆用户又可以作为分布式储能源存储电网过剩的电能(充电)。因此，V2G技术是利用大规模电动汽车的储能源对可再生能源产生的电能进行存储后，再将存储的电能稳定送入电网。通过这种方式，V2G技术在很大程度上缓解了电网效率低及可再生能源接入电网受限制的问题。

V2G网络是智能电网的重要组成部分，也是未来电动汽车发展的新方向。V2G网络不仅能够实现电动车辆充/放电的有序管理，提高电网运行的效率和稳定性，还能够给车辆用户带来利益。然而，当车辆与电网进行服务时，V2G网络将会对车辆用户的数据进行采集和处理，而攻击者容易通过该数据获得用户隐私。例如，车辆充/放电的位置及交易账单可能会暴露用户的经济状况、家庭地址和社交活动等敏感信息；车辆在医院的停留时间和频率也可能会泄露用户的健康状况。由此可见，如果V2G网络的隐私保护问题不能够得到足够的重视，那么不安全的运行环境会使用户对V2G网络失去信心，许多潜在的用户将不愿意接受V2G网络的服务。

为了保证V2G网络的隐私安全，防止恶意车辆对网络造成不良后果，车辆在获得电网充/放电服务之前需要获得电网的认证。现有的V2G网络匿名认证方案大多数是采用基于身份的限制性盲签名技术来实现电动车辆与电网的匿名认证，然而，这些方案的认证过程比较复杂。通过认证协议的复杂程度不仅会导致系统资源浪费，甚至还会在电网为大规模车辆同时提供服务时造成网络拥塞。另外，现有方案中的控制中心多数采用单服务器，如果服务器被损坏或遭受敌手攻击使得控制中心成为内部敌手，那么车辆的隐私就可能被泄露。因此，V2G网络不仅要保证车辆的隐私，而且其中的认证需要快速、高效，以支持大量期望参与动态充/放电的电动汽车。

发明内容

为了解决上述的技术问题，本发明提供了一种基于多服务器的V2G网络中车辆的轻量级匿名认证系统与方法。

本发明的系统所采用的技术方案是：一种基于多服务器的V2G网络中车辆的轻量级匿名认证系统，假设所述的系统具体包括一个可信机构TA、含有多服务器的控制中心CC、聚合器AG、充电桩CS和电动汽车EV；所述的可信机构TA负责分发系统主密钥；所述的控制中心CC负责系统初始化、发布安全参数及对整个V2G网络的管理和调度；所述的聚合器AG是电动车辆EV、充电桩CS与控制中心CC之间的通信中介，它负责数据的聚合和传输；所述的充电桩CS可与电动车辆EV进行信息和电能的交换，并验证电动车辆的合法性；所述的电动车辆EV在V2G网络注册后，应装配一个防篡改的OBU装置，该装置通过专用短程通信技术可以与聚合器AG和其他车辆进行通信。

本发明的方法采用的技术方案是：