[发明专利]一种轻量级雾辅助V2G网络匿名身份认证系统、方法及设备

说明书

本发明属于网络通信安全技术领域，公开了一种轻量级雾辅助V2G网络匿名身份认证系统、方法及设备，系统包括：电网控制中心GCC，位于云层，用于负责电网的统一管理以及数据分析和处理；注册权威RA，用于负责实体注册；雾服务器FS，位于网络边缘，用于提供云服务，通过有线和无线的方式进行通信，并负责管理ES；电力服务器ES，包括充电站并配备智能电表显示实时电价，记录流入和流出的能量值，生成当前交易账单，加密后发送给FS；电动汽车EV，具有双向充电器，可以快速充电放电。本发明在网络边缘使用雾节点，大大减少了与远程云服务器的交互次数，提高了网络可靠性并保证低延迟，有效确保车主的隐私和安全，通信方案为轻量级，能够抵抗各种已知攻击。

技术领域

本发明属于网络通信安全技术领域，尤其涉及一种轻量级雾辅助V2G网络匿名身份认证系统、方法及设备。

背景技术

目前，为了减少碳排放，实现社会的可持续发展，电动汽车(EVs)已经逐渐成为未来的趋势。根据国际能源署的数据，全球电动汽车库存可能在2030年增长至约2.45亿辆电动汽车。假设每辆电动汽车的平均电池容量为50千瓦时，2030年所有电动汽车的总电池容量可达12.5太瓦时。其中超过一半的电动汽车来自中国。车辆到电网(Vehicle-to-grid，V2G)是智能电网的一个重要子系统，它通过具有双向智能充电器的电动汽车的储能源充当可再生能源的缓冲以维持电网的稳定，并提供了包括可再生能源发电、减少电网损耗和快速供电在内的许多优势。在V2G网络中电动汽车车主在电网的用电高峰时段，可以通过电动汽车以高电价给电网馈电以维持电网的稳定，在非高峰时段以低电价给电动汽车电池充电，存储电网过剩的能量以减少能量浪费，并从中赚取差价获得经济收益。V2G技术不仅可以带来环境效益，缓解可再生能源造成的电网不稳定和过剩能量浪费的问题，还可以给电动汽车用户带来额外经济收益。与互联网一样，V2G网络同样是一个开放性网络，容易遭受各种攻击，如假冒、中间人、拒绝服务、重放、去同步等攻击。如果不加以保护，恶意攻击者将会模仿诚实用户获取经济利益或破坏收费过程，并对电动汽车的安全和车主的隐私产生威胁。同时，由于智能设备(如智能仪表、电动汽车等)在V2G网络中不断增加，不同设备生成的数据集很难由集中控制器管理，传统的智能电网系统的集中管理和被动配电端不能满足未来智能城市电网的信息要求和可扩展性。雾计算可以为V2G网络提供分布式计算服务，满足网络实体所需的最小可能延迟、网络基础带宽和增强的安全性和可靠性，解决传统集中式体系结构的局限性。因此为了保证雾辅助V2G网络中的安全通信，需要设计轻量级的能够抵抗各种已知攻击的认证与密钥协商方法，以阻止对V2G网络的攻击，保护用户隐私和生命财产安全。

通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：

(1)V2G网络中智能设备(如智能电表、电动汽车等)的不断增加，产生的数据集难以管理，传统的对于智能电网的集中管理的方法无法满足智能城市未来电网的信息需求和可扩展性。雾计算可以为V2G网络提供分布式计算服务，被认为是支持未来智能电网发展的有效方法。

(2)在传统的基于网关或云的V2G网络中，一旦网关或云被捕获或被破坏，这些认证方案将面临各种攻击，并且终端设备与云之间的网络通信距离长这一事实也阻碍了它们的性能；而目前为雾辅助的V2G网络设计的安全通信方法较少，大多数不具备轻量性，这无法满足未来V2G网络中大规模电动汽车用户的需求。

(3)现有的一些轻量级的认证协议，在冒充、特权内幕、去同步等攻击下是不安全的，其他环境中如物联网和无线传感器网络的安全通信方法，认证开销大，也不能抵抗各种已知的攻击，不适合应用到雾辅助的V2G网络中。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种轻量级雾辅助V2G网络匿名身份认证系统、方法及设备。

本发明是这样实现的，一种轻量级雾辅助V2G网络匿名身份认证系统，所述轻量级雾辅助V2G网络匿名身份认证系统包括：

电网控制中心GCC，位于云层，用于负责整个电网的统一管理，并对ES和FS上传的数据进行分析和处理；