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专利号: 202210262417X
申请人: 黄文孝
专利类型:发明专利
专利状态:授权未缴费
更新日期:2025-11-27
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种面向智能电网的输变电监测数据安全管理方法,其特征在于,方法包括:在监测区域自组网内建立安全管理基站,安全管理基站通过无线通信方式与监测区域自组网内的所有无线传感器节点联通;

安全管理基站在有限域GF(q)上构造m个(λ+1)×(λ+1)的秘密矩阵Dm及m个(λ+1)×1的T

公开矩阵Gm,能够生成m个1×(λ+1)的密钥空间Am=(Dm·Gm) ,其中q为素数,q≥N,N表示自组网内无线传感器节点总数,公开矩阵Gm中的元素是以同一变量为根按所属行递推运算获得的;

监测数据的发送端向下一跳的接收端发送数据转发请求消息,同时向安全管理基站通过秘密方式发送安全根值vS和本地选择的密钥空间标识IDS;

接收端收到数据转发请求消息后,触发其向安全管理基站通过秘密方式发送安全根值vR和本地选择的密钥空间标识IDR;

安全管理基站根据密钥空间标识IDS查找对应的秘密矩阵DS和公开矩阵GS,根据密钥空间标识IDR查找对应的秘密矩阵DR和公开矩阵GR,将安全根值vS和vR分别引入公开矩阵GS和GR后生成安全数列:将发送端和接收端选择的两个密钥空间AS和AR融合,重构密钥空间:T

ABS={[DS⊙DR]·[GS(vS)⊙GR(vS)]}T

ABR={[DS⊙DR]·[GS(vR)⊙GR(vR)]}然后将混合密钥空间ABS、密钥空间标识IDR、安全根值vR通过秘密方式发送给发送端,并将混合密钥空间ABR、密钥空间标识IDS、安全根值vS通过秘密方式发送给接收端;

发送端利用密钥空间标识IDS和IDR选择对应的公开矩阵GS和GR,并结合混合密钥空间ABS、安全根值vR生成共享的预分配密钥:

KS,R=ABS·[GS(vR)⊙GR(vR)]接收端利用密钥空间标识IDS和IDR选择对应的公开矩阵GS和GR,并结合混合密钥空间ABR、安全根值vS生成共享的预分配密钥:

KR,S=ABR·[GS(vS)⊙GR(vS)]发送端利用预分配密钥KS,R对监测数据加密后发送至接收端,接收端接收密文后利用预分配密钥KR,S解密,获得明文。

2.根据权利要求1所述面向智能电网的输变电监测数据安全管理方法,其特征在于,发送端与安全管理基站、接收端与安全管理基站之间完成数据交换的具体过程包括:在启动监测任务之前,为自组网内的所有无线传感器节点及安全管理基站设置统一的多项式函数:2

f(x)=y=p0+p1x+p2x

其中p0,p1,p2表示初始化系数,x、y表示用于交换的安全参数变量;

发送端生成随机数rS和安全根值vS,提取本地选择的密钥空间所对应的标识IDS,将系数p0置换为随机数rS,将系数p1和p2分别置换为安全根值vS和标识IDS,根据多项式函数随机产生三组安全参数序列对(xS,1,yS,1)、(xS,2,yS,2)和(xS,3,yS,3),并发送给安全管理基站;

接收端生成随机数rR和安全根值vR,提取本地选择的密钥空间所对应的标识IDR,将系数p0置换为随机数rR,将系数p1和p2分别置换为安全根值vR和标识IDR,根据多项式函数随机产生三组安全参数序列对(xR,1,yR,1)、(xR,2,yR,2)和(xR,3,yR,3),并发送给安全管理基站;

安全管理基站从发送端接收的三组安全参数序列对逐一代入多项式函数,反向计算获得随机数rS′和安全根值vS′、密钥空间标识IDS′,从接收端接收的三组安全参数序列对逐一代入多项式函数,反向计算获得随机数rR′和安全根值vR′、密钥空间标识IDR′,然后将系数p0置换为随机数rR′,将系数p1和p2分别置换为安全根值vR′和标识IDR′,根据多项式函数随机产生三组安全参数序列对(xBS,1,yBS,1)、(xBS,2,yBS,2)和(xBS,3,yBS,3)后发送给发送端,将系数p0置换为随机数rS′,将系数p1和p2分别置换为安全根值vS′和标识IDS′,根据多项式函数随机产生三组安全参数序列对(xBR,1,yBR,1)、(xBR,2,yBR,2)和(xBR,3,yBR,3)后发送给接收端;

发送端和接收端利用各自接收到的三组安全参数序列对反解得到对方生成的随机数、安全根值和密钥空间标识,完成数据交换。

3.根据权利要求2所述面向智能电网的输变电监测数据安全管理方法,其特征在于,安全管理基站与发送端、接收端之间还包括身份认证过程,具体过程为:发送端利用其身份标识符SID和随机数rS计算获得发送端身份伪标识符:其中,Hash()表示哈希运算;

利用安全管理基站与发送端之间的共享密钥对身份伪标识符FIDS进行加密,将密文发送给安全管理基站,安全管理基站利用随机数rS′和本地存储的发送端身份标识符SID重新计算身份伪标识符FIDS′,进一步比较经密文解密的身份伪标识符FIDS与FIDS′,如果相同,则表明发送端身份认证成功,否则表明发送端身份认证失败;

接收端利用其身份标识符RID和随机数rR计算获得接收端身份伪标识符:利用安全管理基站与接收端之间的共享密钥对身份伪标识符FIDR进行加密,将密文发送给安全管理基站,安全管理基站利用随机数rR′和本地存储的接收端身份标识符RID重新计算身份伪标识符FIDR′,进一步比较经密文解密的身份伪标识符FIDR与FIDR′,如果相同,则表明接收端身份认证成功,否则表明接收端身份认证失败。

4.根据权利要求3所述面向智能电网的输变电监测数据安全管理方法,其特征在于,安全管理基站利用随机数rS′、rR′执行哈希运算生成第一临时密钥:其中,KBS,t表示第一临时密钥,KBS表示安全管理基站与发送端之间的共享密钥;

然后采用对称加密算法,利用第一临时密钥KBS,t对混合密钥空间ABS进行加密;

安全管理基站利用随机数rS′、rR′执行哈希运算生成第二临时密钥:其中,KBR,t表示第二临时密钥,KBR表示安全管理基站与接收端之间的共享密钥;

然后采用对称加密算法,利用第二临时密钥KBR,t对混合密钥空间ABR进行加密。

5.根据权利要求1所述面向智能电网的输变电监测数据安全管理方法,其特征在于,所述的公开矩阵G表示为:其中,v表示公开矩阵G中各元素的根变量。

6.一种面向智能电网的输变电监测数据安全管理系统,其特征在于,该系统包括安全管理基站和分布式部署的无线传感器节点;

安全管理基站包括基站数据收发模块、密钥空间构建模块、系数向量融合模块;

基站数据收发模块:通过无线通信方式与监测区域自组网内的所有无线传感器节点联通,完成数据的发送和接收;

密钥空间构建模块:用于在有限域GF(q)上构造m个(λ+1)×(λ+1)的秘密矩阵Dm及m个(λT+1)×1的公开矩阵Gm,并生成m个1×(λ+1)的密钥空间Am=(Dm·Gm) ;

密钥空间重构模块:根据密钥空间标识IDS查找对应的秘密矩阵DS和公开矩阵GS,根据密钥空间标识IDR查找对应的秘密矩阵DE和公开矩阵GR,将安全根值vS和vR分别引入公开矩阵GS和GR后生成安全数列:将发送端和接收端选择的两个密钥空间AS和AR融合,重构密钥空间:T

ABS={[DS⊙DR]·[GS(vS)⊙GR(vS)]}T

ABR={[DS⊙DR]·[GS(vR)⊙GR(vR)]}无线传感器节点包括节点数据收发模块、密钥空间初始化模块、预分配密钥生成模块、加密模块、解密模块;

节点数据收发模块:通过无线通信方式与监测区域自组网内的安全管理基站、邻近无线传感器节点联通,完成数据的发送和接收;

密钥空间初始化模块:用于生成安全根值和本地选择的密钥空间;

预分配密钥生成模块:利用密钥空间标识IDS和IDR选择对应的公开矩阵GS和GR,并结合分配到的混合密钥空间、安全根值生成共享的预分配密钥;

加密模块:采用对称加密算法,利用预分配密钥对本地采集的监测数据进行加密,将密文通过节点数据收发模块发送给接收端;

解密模块:采用对称加密算法,利用预分配密钥对从发送端接收的密文进行解密,获得明文形式的监测数据。