[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

说明书

本发明公开了一种具有隐私保护的智能电网用电量统计和计费系统及方法，包括电力服务提供商ESP、聚合中心AC、智能电表SM；方案包括五个部分：系统初始化，用户数据报生成，识别无效签名，隐私保护的用电量统计和计费，用户数据报阅读与分析，使智能电网中已有的数据聚合方案能同时实现具有隐私保护的用电量均值，方差和单用户计费。

技术领域

本发明涉及智能电网技术领域，尤其涉及一种具有隐私保护的智能电网用电量统计和计费系统及方法。

背景技术

智能电网(Smart Grid)是在传统电力系统的基础上，结合传统电网和信息与控制技术，形成具有高度信息化、自动化、互动化特征的新型现代化电网。为了提供更多样的智能服务，智能电网通过用户实时用电信息获取用户用电量均值方差等统计特征，进行实时电力定价，预测电量，检测负荷不平衡和异常情况等。然而用户的用电数据蕴含着用户的隐私，若这些实时数据被敌手获取，并对这些数据进行分析，将获得用户的电费和作息时间等隐私信息。因此，实现具有隐私保护的智能电网用电量统计和计费方法是一个重要课题。

在目前的智能电网架构中，聚合中心通过同态加密算法将在密文上聚合的用电量数据发送给电力服务提供商。这种方式电力服务提供商仅获得了所有用户的总用电量，不能满足电力服务提供商通过用电量数据的方差来了解用电分布均匀性的需求，也不能实现实时的单用户计费。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有隐私保护的智能电网用电量统计和计费系统及方法，使智能电网中已有的数据聚合方案能同时实现具有隐私保护的用电量均值，方差和单用户计费。

为实现上述目的，第一方面，本发明提供了一种具有隐私保护的智能电网用电量统计和计费系统，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。

第二方面，本方面提供了一种具有隐私保护的智能电网用电量统计和计费方法，适用于如第一方面所述的一种具有隐私保护的智能电网用电量统计和计费系统，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。

其中，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，包括：

根据第一安全参数生成对应的椭圆曲线参数，基于第二安全参数通过合数阶双线性对产生器生成双线性参数；

获取聚合中心向电力服务提供商发送的注册请求，并生成一对密钥；

获取用户向电力服务提供商发送的注册请求，并生成一对密钥。

其中，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，包括：