[发明专利]具有隐私保护的智能电网用电量统计和计费系统及方法

权利要求书

1.一种具有隐私保护的智能电网用电量统计和计费方法，其特征在于，

包括电力服务提供商、聚合中心和智能电表；所述智能电表，用于实时采集对应用户的用电量数据；所述聚合中心通过WiFi与多个智能电表进行双向通信，所述智能电表利用WiFi将加密后的用电量数据发送给所述聚合中心；所述聚合中心通过有线网络与所述电力服务提供商进行双向通信，所述聚合中心利用有线网络将在密文下的统计电量和单用户电费发送给电力服务提供商；

包括以下步骤：

根据安全参数生成对应的系统参数和密钥对，然后基于聚合中心和用户发出的注册请求，生成对应的密钥；

通过智能电表定期获取对应的用电量数据，并对所述用电量数据进行加密以及对生成的密文进行签名打包，然后将得到的用户数据报发送给所述聚合中心；

识别所有的无效签名，并重新获取所述无效签名对应的所述智能电表的用户数据报重新进行验证，直至所有的签名验证成功；

对得到的所述用户数据报进行隐私保护的数据聚合，并将经过数字签名后打包的密文数据报发送给电力服务提供商；

对所述密文数据报进行合法性验证，并在验证通过后，对所述密文数据报进行解密后再计算均值、方差和单用户电费；

识别所有的无效签名，并重新获取所述无效签名对应的所述智能电表的用户数据报重新进行验证，直至所有的签名验证成功，包括：

聚合中心AC首先检查时间标记T和签名(R_i,j,s_i,j)的有效性，签名验证通过验证下式是否成立，如果成立，验证通过；

AC随机选取整数执行以下步骤：

(1)计算

其中，∑是累加记号，若α₀＝0则批量验证通过；否则执行下一步；

(2)计算

查找是否存在满足α₁＝λ₁α₀(λ₁＝1,2,...,m)的λ₁，如果存在，则输出仅第λ₁个签名是无效签名并退出算法；如果不存在，则说明至少存在两个无效签名，进行下一步；

(3)计算查找是否存在满足α₂＝(λ₁+λ₂)α₁-λ₁λ₂α₀(λ₂＝1,2,...,m)，如果存在，则输出第λ₁和第λ₂个签名是无效签名并退出算法；如果不存在，则说明至少存在三个无效签名，设置整数w＝3，进行下一步；

(4)计算查找是否存在(λ₁,λ₂,...,λ_w)满足其中，p_t是指关于(λ₁,λ₂,...,λ_w)的第t个基本对称多项式,若存在满足条件的(λ₁,λ₂,...,λ_w)，输出第λ₁个签名，第λ₂个签名，…，第λ_w个签名是无效签名，则进行签名单独验证；如果没有符合条件的(λ₁,λ₂,...,λ_w)，说明至少有w+1个签名无效，令w＝w+1，并且重复第(4)步；

收到的所有签名验证通过；

对识别出来的所有无效签名，让对应的智能电表再次发送数据并进行单独验证，最终所有签名验证通过；

其中，R_i,j是一个形如(x,y)的坐标点，r_i,j是R_i,j的x轴坐标值，T为当前时间戳，目的是防止重放攻击；d_i,j表示第i个用户的第j个周期的数据；c_i,j表示密文；

ESP：电力服务提供商(Electric Service Provider)；

AC：聚合中心(Aggregation Center)；

SM：智能电表(Smart Meter)；

ID_Ui：表示用户U_i的身份；

ID_AC：表示聚合中心AC的身份；

ID_ESP：表示电力服务提供商ESP的身份；

m：表示一个区域内所有的用户数量，m是一个整数；

mD：表示m和D的乘积，其中m和D均是整数；

BGN：Boneh-Goh-Nissim公钥加密系统；

n：n是合数，n＝p₁p₂；

G_a,G_b：两个阶为n的循环群；

p₁p₂是长度相等的大素数；

公钥是私钥是p₁；

公钥Y_i＝x_iP

g：G_a的生成元；

G_a×G_a→G_b是一个双线性映射；

ECDSA：椭圆曲线数字签名算法(Elliptic Curve Digital Signature Alogrithm)；

F_p：素数域F_p；

E(F_p)：定义在素数域F_p上的曲线E(F_p)；

P：ECDSA椭圆曲线上阶为素数q的基点，p∈E(F_p)；

a,b是椭圆曲线E的系数；

xP：椭圆曲线上点P的x倍点；

x取不大于q的正整数，即x＝{1,2,...,q-1}；

H：安全哈希函数；

modn：模n运算。