1.一种面向安全智能电网的多类型多维数据聚合方法，其特征在于该方法基于智能电网通信系统应用场景，由可信权威负责管理和分配系统中所有其他实体的秘密信息；由控制中心负责集成、处理和分析电能消费侧网络中所有用户的周期性时间序列用电量数据，提供综合、可靠的智能服务；由输电中心管理传输网络，其负责基于电能消费侧不同用户集合的聚合用电量信息，确保电能从各发电站高效输送到各配电站；由配电中心管理配电网络，其负责基于电能消费侧不同用户集合的聚合用电量信息，确保电能从各配电站高效输送到消费侧各用户；由电力供应商：负责基于电能消费侧不同用户集合的聚合用电量信息，提供具有竞争力的电力零售市场；由网关连接控制中心和电能消费侧，负责对各用户提交的用电量数据进行聚合以及在各用户和控制中心间转发通信数据；由感知网络：即智能电网电能消费侧的Nu个用户/节点，负责实时采集用电量数据，并通过网关汇报给控制中心，具体步骤如下：(1)系统初始化阶段

可信权威执行以下操作，进行系统初始化：

1)实体公私钥生成

a)根据输入的系统安全参数ξ1和ξ2，运行ζ(ξ1,ξ2),生成Paillier密码系统的公钥：N＝pq和 以及私钥：(λ,μ)，其中p和q是2个大素数，满足|p|＝|q|＝ξ1；

b)系统共有Nu个用户Ui(其中i＝1,2,…Nu)，每个用户支持最多w种不同类型的汇报用电量，即(d1,d2,…,dw)，且每个di＜d(其中d为系统参数，i＝1,2,…,w)；

c)选择超递增序列 其中a1,a2,…,aw均为大素数，且满足|ai|≥ξ2(其中i＝2,…,w)， 和

d)计算 (其中i＝1,2,…,w)；公开(N,g,g1,…,gw)作为系统公钥，控制中心保密

e)选择大素数q1，满足q1|(p-1)，生成阶为q1的循环群G，且群G上的离散对数问题是困难的(在计算上不可行)，选择群G的生成元f)为每个用户Ui(其中i＝1,2,…Nu)计算和分配公钥Yi及私钥 并满足g)随机选择安全哈希函数

h)随机选择v维行向量S，其中v＝Nd·Ns，并将S中的元素随机设置为0和1，生成2个系统主密钥，MK1＝{M1,M2,N1,N2,N3,N4}和MK2＝{X1,X2,Y1,Y2,Y3,Y4}，其中MK1和MK2中的每个元素均为随机选择的v×v可逆矩阵；

2)用户加密密钥生成

可信权威利用MK1为每个用户Ui生成加密密钥：计算Ki＝{Ki1,Ki2,Ki3,Ki4}＝{aiN1,biN2,ciN3,diN4}，其中，ai,bi,ci,di均为随机选取的v×v可逆矩阵，并且满足ai+bi＝M1，ci+di＝M2；

3)重加密密钥生成

可信权威执行以下算法，利用MK1和MK2，为每个配电中心Dj(其中j＝1,2,…Nd)和电力供应商Sk(其中k＝1,2,…Ns)生成重加密密钥，并发送给控制中心；不失一般性，可信权威通过执行以下操作，生成Sk的重加密密钥：a)生成访问控制二进制向量Qk：对所有对应Sk的二进制位，即对所有的Dj(其中j＝1,

2,…Nd)和Sk，设置Qk为1；设置Qk的其它二进制位为0；

b)将Qk拆分成2个向量qk′和qk″：对照S(z)(其中z＝1,2,…v)中为1的二进制位，随机拆分Qk(z)满足qk′(z)·qk″(z)＝Qk(z)；对照S(z)(其中z＝1,2,…v)中为0的二进制位，随机选择qk′(z)和qk″(z)中的一个设置为Qk(z)，另一个设置为1；

c)将qk′和qk″分别扩展为2个对角矩阵 和d)Sk的重加密和访问控制密钥RKk计算如下：RKk包括8个部分{RKk1,RKk2,RKk3,RKk4,RKk5,RKk6,RKk7,RKk8}，每个部分均为v×v的方阵；

e)执行类似的操作，可信权威生成每个Dj的重加密和访问控制密钥RKj，其相对于生成RKk的区别仅仅在于访问控制二进制向量Qj的生成方式：对所有对应Dj的二进制位，即对所有的Sk(其中k＝1,2,…Ns)和Dj，设置Qj为1；设置Qj的其它二进制位为0；

f)可信权威将Nd个配电中心和Ns个电力供应商的重加密密钥秘密发送给控制中心；

4)解密密钥生成

可信权威利用MK2为每个配电中心Dj(其中j＝1,2,…Nd)和电力供应商Sk(其中k＝1,

2,…Ns)生成解密密钥；不失一般性，可信权威通过执行以下操作，生成Sk的解密密钥：a)类似Qk，生成解密二进制向量Rk；

b)将Rk拆分成2个向量rk′和rk″：对照S(z)(其中z＝1,2,…v)中为1的二进制位，随机拆分Rk(z)满足rk′(z)·rk″(z)＝Rk(z)；对照S(z)(其中z＝1,2,…v)中为0的二进制位，随机选择rk′(z)和rk″(z)中的一个设置为Rk(z)，另一个设置为1；

c)将rk′和rk″分别扩展为2个对角矩阵 和d)Sk的解密密钥DKk计算如下：

DKk包含4个部分{DKk1,DKk2,DKk3,DKk4}，每个部分均为v×v的方阵；ek,fk,gk,hk均为v×v的可逆矩阵，且满足ek+fk＝X1-1和gk+hk＝X2-1；

e)执行类似的操作，可信权威利用解密二进制向量Rj计算每个Dj的解密密钥DKj；

f)可信权威分别将各解密密钥秘密发送给每个Dj(其中j＝1,2,…Nd)和Sk(其中k＝1,

2,…Ns)；

(2)数据加密阶段

在各数据汇报时间点tτ，每个用户Ui(隶属于配电中心Dj和电力供应商Sk)执行以下操作，将w维用电量 汇报给网关：

1)构造v维密文数据向量Pi，其对应Dj和Sk的位置设置为w维用电量的密文： (其中 为选择的随机数),Pi的其它位置设置为0；

2)将Pi拆分成2个向量pi′和pi″：对照S(z)(其中z＝1,2,…v)中为1的二进制位，随机拆分Pi(z)满足pi′(z)·pi″(z)＝Pi(z)；对于S(z)(其中z＝1,2,…v)中为0的二进制位，随机选择pi′(z)和pi″(z)中的一个设置为Pi(z)，另一个设置为1；

3)利用pi′,pi″和加密密钥Ki生成密文Ci＝[pi′aiN1,pi′biN2,pi″ciN3,pi″diN4]，Ci为4v维行向量；

4)选择 计算 以及Si＝wi+xiH(Ci||Ri||Yi||tτ)mod q1；

5)将发送给网关；

(3)数据聚合阶段

网关接受到所有用户的汇报数据密文Ci后，执行以下操作，进行数据聚合和数据源认证，并验证通信数据完整性：

1)计算并检查是否满足 从而对接受到的所有用户的汇报数据进行通信完整性检查，并对数据源进行认证；

2)计算所有用户的聚合密文

Cagg为4v维行向量；

(4)数据重加密与访问控制阶段

控制中心执行以下操作，对聚合信息进行重加密操作，并实现访问控制功能，即每个配电中心Dj(其中j＝1,2,…Nd)和电力供应商Sk(其中k＝1,2,…Ns)只能访问各自所属的信息：

1)不失一般性，控制中心利用重加密和访问控制密钥RKk对Cagg进行重加密，生成其中 为发送给Sk的所有Dj的聚合密文用电量：其中

为4v维行向量；

的计算过程如下：

2)执行类似的操作，得到 的其余部分；

(5)数据解密与数据恢复阶段

每个配电中心Dj(其中j＝1,2,…Nd)和电力供应商Sk(其中k＝1,2,…Ns)执行以下操作，对各自接受到的密文进行解密，从而恢复各自所属的w维聚合用电量。不失一般性，Sk利用解密密钥DKk，执行以下操作，对接受到的 进行解密，获得

1)Sk计算

2)计算出的v维行向量 有Nd个位置的值不为0，这Nd个位置分别对应二维位置序号(其中k固定，j＝1,2,…,Nd)；这Nd个不为0的值分别表示对应二维位置序号(其中k固定，j＝1,2,…,Nd)的所有用户的聚合用电量(包含w维用电量数据)密文

3)令

则Rj,k＝gMRN仍然是Paillier密码系统的密文；

4)Sk与控制中心交互，利用系统密钥(λ,μ)解密获得M，并运行以下【恢复聚合数据算法】，获得Nd·w个聚合用电量其分别对应Nd个

二维位置序号

5)【恢复聚合数据算法】(输入：a1,a2,…,al和M，输出：D1,D2,…,Dw)Procedure聚合数据恢复

令Xw＝M

For s＝w downto 2 doXs-1＝Xs mod as

End For

Return(D1,D2,…,Dw)

End Procedure

以上算法的关键步骤计算如下：

所以，

并且

同理，可得 其中，s＝1,2,…,w-1；

6)Sk通过计算 获得对

应Sk的所有Dj(其中k固定，j＝1,2,…Nd)的各维(总共w维)聚合用电量；

7)Dj执行类似的操作，获得Ns·w个聚合用电量其分别对应Ns个

二维位置序号(其中j固定，k＝1,2,…,Ns)的w维聚合用电量；

8)同理，Dj通过计算 获

得对应Dj的所有Sk(其中j固定，k＝1,2,…Ns)的各维(总共w维)聚合用电量；

9)最后，输电中心通过计算

获得所有配电中心Dj(其中j＝1,2,…Nd)和电力供应商Sk(其中k＝1,2,…Ns)的各维(总共w维)聚合用电量

2.一种面向安全智能电网的多类型多维数据聚合系统，其特征在于包括：可信权威：负责管理和分配系统中所有其他实体的秘密信息，其具有超强的计算能力及高可信度；

控制中心：负责集成、处理和分析电能消费侧网络中所有用户的周期性时间序列用电量数据，并提供综合、可靠的智能服务；

输电中心：用于管理传输网络，其负责基于电能消费侧不同用户集合的聚合用电量信息，确保电能从各发电站高效输送到各配电站；

配电中心： 用于管理配电网络，其负责基于电能消费侧不同用户集合的聚合用电量信息，确保电能从各配电站高效输送到消费侧各用户；

电力供应商： 其负责基于电能消费侧不同用户集合的聚合用电量信息，提供具有竞争力的电力零售市场；

网关：用于连接控制中心和电能消费侧，负责对各用户提交的用电量数据进行聚合以及在各用户和控制中心间转发通信数据；

感知网络： 智能电网电能消费侧感知网络中共有Nu个用户/节点，其负责实时采集用电量数据，并通过网关汇报给控制中心。

3.如权利要求2所述的一种面向安全智能电网的多类型多维数据聚合系统，其特征在于还包括：(1)系统初始化模块

1)可信权威基于系统安全参数ξ1和ξ2，运行系统初始化算法ζ(ξ1,ξ2)，生成Paillier密码系统的公钥：N＝pq和 以及私钥：(λ,μ)的技术，用于支持多用户多维数据聚合的方法；

2)可信权威针对系统中每个用户Ui(其中i＝1,2,…Nu)的w种不同类型的汇报用电量进行数值建模(d1,d2,…,dw)(其中di＜d,i＝1,2,…,w)的技术，用于基于超递增序列进行多用户多维数据聚合的方法；

3)可信权威生成超递增序列 其中a1,a2,…,aw均为大素数，且满足|ai|≥ξ2(其中i＝2,…,w)， 和的技术，用于基于超递增序列进行多用户多维数据聚合的方法；

4)可信权威针对超递增序列 计算 (其中i＝1,2,…,w)，公开(N,g,g1,…,gw)作为系统公钥，保密 作为控制中心秘密信息的技术，用于Nu个用户Ui(其中i＝1,2,…Nu)对w种不同类型的用电量进行安全多维数据汇报的方法；

5)可信权威选择安全大数据q1，满足q1|(p-1)，以及q1阶循环群G和生成元 并基于离散对数困难问题，为每个用户Ui(其中i＝1,2,…Nu)计算和分配公钥Yi及私钥满足 的技术，用于Nu个用户Ui(其中i＝1,2,…Nu)对w种不同类型的用电量进行安全多维数据汇报的方法；

6)可信权威选择并初始化v＝NdNs维行向量S，生成系统主密钥MK1＝{M1,M2,N1,N2,N3,N4}和MK2＝{X1,X2,Y1,Y2,Y3,Y4}的技术，用于生成用户加密密钥、重加密密钥、解密密钥的方法；

7)可信权威利用系统主密钥MK1为每个用户Ui(其中i＝1,2,…Nu)生成加密密钥Ki＝{aiN1,biN2,ciN3,diN4}的技术，用于用户多维聚合数据加密操作的方法；

8)可信权威为每个电力供应商 和配电中心生成访问控制二进制向量Qk和Qj、拆分向量qk′、qk″和qj′、qj″、对角矩阵 和 的技术，用于生成多维聚合数据重加密和访问控制密钥的方法；

9)可信权威利用系统主密钥MK1和MK2，为每个电力供应商 和配电中心 生成重加密和访问控制密钥RKk和RKj的技术，用于对用户聚合数据进行代理重加密，实现多维聚合数据安全访问控制的方法；

10)可信权威为每个电力供应商 和配电中心生成解密二进制向量Rk和Rj、拆分向量rk′、rk″和rj′、rj″、对角矩阵 和 的技术，用于生成多维聚合数据解密密钥的方法；

11)可信权威利用系统主密钥MK2，为每个电力供应商 和配电中心 生成解密密钥DKk的技术，用于解密用户聚合重加密数据，实现多维聚合数据安全访问控制的方法；

(2)数据加密模块

1)利用超递增序列、背包理论及同态加密技术，各用户Ui(隶属于配电中心Dj和电力供应商Sk)对w维用户用电量进行多维数据加密 的技术，以及构造v维密文数据向量Pi，并将Pi对应Dj和Sk的位置设置为密文 Pi的其它位置设置为0的数据访问控制初始化技术，用于智能电网多维多用户数据高效聚合，显著提升数据通信效率，并大幅减小信息处理负荷的方法；

2)借鉴代理签名的思想，对用户汇报密文数据 进行轻量级签名的技术：选择计算 以及Si＝wi+xiH3(Ci||Ri||Yi||tτ)mod q1，用于保证通信数据完整性，并对通信源实体身份进行安全认证，确保智能电网通信系统安全的方法；

3)根据v维行向量S(z)(其中z＝1,2,…v)生成拆分向量pi′、pi″的技术，用于智能电网多维多用户数据加密操作的方法；

4)利用pi′,pi″和加密密钥Ki＝{aiN1,biN2,ciN3,diN4},生成4v维行向量的技术，用于智能电网多维多用户数据加密Ci＝[pi′aiN1,pi′biN2,pi″ciN3,pi″diN4]的方法；

(3)数据聚合模块

网关对所有用户 的汇报密文Ci＝[pi′aiN1,pi′biN2,pi″ciN3,pi″diN4]进行安全聚合

的技术，用于高效提升智

能电网数据通信效率，并大幅减轻计算负荷的方法；

(4)数据重加密与访问控制模块

控制中心利用重加密和访问控制密钥RKk和RKj，对Cagg进行重加密，为每个电力供应商和配电中心 生成重加密密文和 的技术，用于对用

户聚合数据进行代理重加密，实现智能电网多维多用户数据安全访问控制的方法；

(5)数据解密与数据恢复模块

1)每个电力供应商 和配电中心 利用解密密钥DKk和DKj，对接受到的 和 进行解密，从而恢复各自所属的w维聚合用电量和的方法；

2)每个电力供应商 和配电中心 对各自所属的w维聚合用电量进行位置搜寻与信息解析的技术，用于获得对应二维位置序号的所有用户的聚合用电量(包含w维用电量数据)密文，即

M N

Paillier密码系统密文Rj,k＝gR的方法；

3)每个电力供应商 和配电中心 分别与控制中心交互，利用系统解密密钥(λ,μ)恢复Paillier密码系统聚合消息明文M的技术，用于实现多用户多维聚合数据解密、多接受者按需访问控制的方法；

4)利用超递增序列、背包密码理论，设计【恢复聚合数据算法】，每个电力供应商获得Nd组w维聚合用电量(其中k固定，j＝

1,2,…,Nd)，以及每个配电中心 获得Ns组w维聚合用电量(其中j固定，k＝

1,2,…,Ns)的技术，用于实现多用户多维聚合数据解密、多接受者按需访问控制的方法；

5)每个电力供应商 计算

获得对应Sk的所有Dj(其

中k固定，j＝1,2,…Nd)的各维(总共w维)聚合用电量，以及每个配电中心计算

获得对应Dj的所有Sk(其中j固定，k＝1,2,…Ns)的各维(总共w维)聚合用电量的技术，用于实现多用户多维聚合数据解密、多接受者按需访问控制的方法；

6)输电中心计算 或者

的技术，获得所有电力

供应商 和配电中心 的各维(总共w维)聚合用电量的技术,用于确保各接收者只能访问自己的专属数据，实现智能电网多用户多维聚合数据解密、多接受者按需访问控制的方法。