1.一种抗异常数据且保隐私的数据聚合方法,采用一种抗异常数据且保隐私的数据聚合系统,包括系统模型和安全模型;
系统模型包括智能电表SM,聚合中心AC和云服务器CS;
智能电表SM:智能电表SM主要负责测量用户实时的用电数据,并将其安全地报告给聚合中心AC;
聚合中心AC:在智能电网系统中,聚合中心收集每个智能电表上传的用电信息,并对其进行聚合;当聚合过程结束后,聚合中心AC将聚合结果以及异常电表的伪身份信息一共发送给云服务器;
云服务器CS:云服务器CS负责对加密的聚合结果进行解密,从而得到真实的聚合结果,以便进行合理的生产决策以及电力分配;并且,云服务器CS根据异常电表的伪身份信息对其进行检查和维修;
所述的聚合中心AC:还用于判断加密的数据是否异常,并对异常数据进行过滤;还用于追踪异常数据的源头,即对报告异常数据的电表进行记录;
其特征在于,所述的方法包括以下步骤:步骤1:系统初始化
云服务器CS生成两个随机的非奇异矩阵 并计算它们的逆矩阵 系统的公共参数可表示为
步骤2:用户注册
当智能电表SMi向云服务器CS注册时,云服务器CS为它生成一个随机数ri和一个伪身份信息PIDi;然后,云服务器CS通过一个安全通道把{PIDi,ri}发送给该智能电表;
步骤3:智能电表SMi加密用电数据xiI.智能电表SMi根据检测到的用电数据xi构建矩阵2
a.根据xi的范围选定合适的N,使其满足xi∈[0,N‑1]b.作为矩阵N中的一个值,xi有其相应的行列坐标 并且 根据下式计算得出:
c.基于 构建与xi相关的n维向量:其中 为 维的零向量; 为 维向量,它的所有元素都为1; 为n维单位向量,它的第 个元素为1;
d.根据上一步中的n维向量构建矩阵其中xi为用户的原始用电数据,ri为生成的随机数,作为其屏蔽值;
其中Rx,i=[μx,iμx,i], 并且μx,i和μ'x,i为生成的随机数;
II.智能电表SMi将 加密成密文{HTi,1,HTi,2}:III.智能电表SMi将密文{HTi,1,HTi,2}发送给聚合中心AC;
步骤4:聚合中心AC进行聚合和过滤I.聚合中心AC根据正常数据的临界值q生成矩阵a.聚合中心AC根据q生成2N×(N+1)维矩阵Q;该矩阵满足:Q[ib,1]=Q[N+ib,jb+1]=1 (7)并且其他所有元素为0;
b.生成矩阵RQ;
其中rQ,1,rQ,2,和rQ,3为生成的随机数;
c.生成矩阵
II.聚合中心AC将矩阵 加密成TT;
III.聚合中心AC将智能电表SMi的报告数据{HTi,1,HTi,2}同生成的TT进行矩阵如下乘法运算,从而得到聚合结果R';
其中
T
对于异常数据,XQX'的结果为0,因此公式HTi,1TTHTi,2的结果为0;而对于正常数据,TXQX'=1,公式HTi,1TTHTi,2的结果为(xi+ri);这样,就能够在聚合过程中自动地过滤异常数据,即聚合结果R'为∑(xm+rm),其中xm表示正常用电数据,rm表示其对应的屏蔽值;另外,如果一个被报告的数据被判定为异常,聚合中心AC将记录其来源PIDab,并将其发送到云服务器CS;
IV.聚合中心将聚合结果R'=∑(xm+rm)和异常数据所对应的智能电表的伪身份信息{PIDab}发送给云服务器CS;
步骤5:云服务器CS解密
云服务器CS从聚合中心AC接收到聚合结果R'和异常电表的伪身份信息{PIDab}后,对数据进行解密,从而得到真实的聚合结果R以及异常电表的信息。