智能電網(wǎng)安全與隱私保護(hù)相關(guān)問題研究.pdf

1、隨著信息和通信技術(shù)的飛速發(fā)展，中國(guó)、美國(guó)、加拿大等世界各國(guó)都正在將陳舊的電力系統(tǒng)升級(jí)為智能電網(wǎng)。智能電網(wǎng)擁有雙向通信、高可靠性、實(shí)時(shí)需求響應(yīng)、自愈以及用戶參與等特點(diǎn)，具有很高的研究?jī)r(jià)值和應(yīng)用價(jià)值。其中，安全和隱私是智能電網(wǎng)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵問題之一，直接影響智能電網(wǎng)的正常運(yùn)行和人們對(duì)智能電網(wǎng)技術(shù)的接受程度。從智能電網(wǎng)的組成成分、分布地域以及設(shè)計(jì)對(duì)象來看，智能電網(wǎng)是個(gè)非常復(fù)雜的系統(tǒng)，隨著智能電網(wǎng)在全世界范圍內(nèi)的部署，越來越多的安全和隱私問題

2、也暴露出來。由于智能電網(wǎng)的復(fù)雜性和不斷有新技術(shù)的應(yīng)用，傳統(tǒng)的安全和隱私保護(hù)機(jī)制無(wú)法直接應(yīng)用，亟待新的保護(hù)機(jī)制解決這些問題。本文在系統(tǒng)研究智能電網(wǎng)安全和隱私保護(hù)問題的基礎(chǔ)上，針對(duì)智能電網(wǎng)中新涌現(xiàn)的安全和隱私問題：電網(wǎng)用戶隱私問題和關(guān)鍵設(shè)備組通信問題，進(jìn)行了深入的研究，提出了相應(yīng)的解決方案。本研究主要內(nèi)容包括：
　?、叛芯苛酥悄茈娋W(wǎng)中用戶多維測(cè)量數(shù)據(jù)隱私保護(hù)問題，設(shè)計(jì)了一種基于云的用戶數(shù)據(jù)快速安全查詢機(jī)制。智能電網(wǎng)快速發(fā)展導(dǎo)致測(cè)量數(shù)據(jù)

3、的井噴式爆發(fā)，給電力公司帶來了沉重的負(fù)擔(dān)。如何進(jìn)行安全高效且保護(hù)用戶隱私的多維測(cè)量數(shù)據(jù)查詢是智能電網(wǎng)面臨的嚴(yán)峻問題。因此，本文提出了一個(gè)保護(hù)隱私的多維測(cè)量數(shù)據(jù)查詢機(jī)制并在hadoop分布式環(huán)境下用Mapreduce程序?qū)崿F(xiàn)了原型系統(tǒng)。在本文所提出的查詢機(jī)制中，多維測(cè)量數(shù)據(jù)以密文的形式存放在云服務(wù)器中，為了在保護(hù)用戶隱私的同時(shí)提高數(shù)據(jù)的可用性，查詢者通過本文設(shè)計(jì)的搜索算法可以獲得前K個(gè)最相似數(shù)據(jù)的ID。對(duì)于搜索結(jié)果，為了加強(qiáng)數(shù)據(jù)所有者對(duì)數(shù)

4、據(jù)的控制，本文使用一種改進(jìn)的基于屬性的密文策略加密方法實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的訪問控制，只有滿足特定屬性的查詢者才能計(jì)算出數(shù)據(jù)密文的密鑰從而獲得所查詢的數(shù)據(jù)。安全分析表明本文提出的查詢機(jī)制可以有效保護(hù)測(cè)量數(shù)據(jù)的機(jī)密性以及用戶的隱私。通過對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)表明該機(jī)制在保證不損失搜索質(zhì)量的情況下，能夠較大的縮短搜索時(shí)間和提高搜索效率，使其更適合于智能電網(wǎng)中的海量多維測(cè)量數(shù)據(jù)搜索。
　?、蒲芯苛酥悄茈娋W(wǎng)中電車用戶的隱私問題，設(shè)計(jì)了電車到電網(wǎng)（V2G

5、）中具有可控鏈接和保護(hù)隱私屬性的安全通信模型。V2G是智能電網(wǎng)的重要組成部分，能極大提高電網(wǎng)的效率和促進(jìn)清潔能源的應(yīng)用，然而參與V2G用戶的隱私問題卻沒有得到很好的解決，制約著V2G的進(jìn)一步發(fā)展。本文針對(duì)V2G中用戶的隱私保護(hù)與V2G管理者調(diào)度優(yōu)化之間的矛盾，設(shè)計(jì)了具有可控鏈接和保護(hù)隱私屬性的安全通信模型。為了保護(hù)電動(dòng)汽車用戶的敏感數(shù)據(jù)，我們基于隱藏向量加密的查詢謂詞方法設(shè)計(jì)了用戶信息查詢方案，使得V2G管理者可以在不獲取用戶確切敏感數(shù)

6、據(jù)的情況下對(duì)電動(dòng)汽車進(jìn)行充放電調(diào)度。另外，V2G操作者可以通過鏈接服務(wù)器根據(jù)實(shí)際需求對(duì)用戶參與V2G的情況進(jìn)行匿名統(tǒng)計(jì)，并可向可信授權(quán)申請(qǐng)對(duì)破壞V2G系統(tǒng)的惡意用戶進(jìn)行追蹤。安全分析表明，本文提出的模型可以有效地保護(hù)用戶身份和位置隱私、狀態(tài)信息隱私。性能分析表明，該模型的計(jì)算開銷和通信開銷都比較適中，完全適用于V2G系統(tǒng)中。
　?、茄芯苛酥悄茈娋W(wǎng)中監(jiān)測(cè)控制和數(shù)據(jù)采集（SCADA）系統(tǒng)的安全可靠組通信問題，提出了一種高效的自愈群組密

7、鑰管理機(jī)制。根據(jù)智能電網(wǎng)中SCADA系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性、資源受限性等特點(diǎn)，提出了一種高效的自愈組密鑰管理機(jī)制。通過巧妙構(gòu)造的自愈結(jié)構(gòu)，本文所提機(jī)制可以保證系統(tǒng)在設(shè)備出現(xiàn)故障的情況下仍然能夠繼續(xù)安全運(yùn)行。群組密鑰的前向安全性和后向安全性由雙向哈希鏈所保證。安全分析表明本文所提出的密鑰管理機(jī)制能夠滿足組密鑰的安全需求，并且具有動(dòng)態(tài)撤銷被俘獲節(jié)點(diǎn)、抗同謀攻擊等特性。性能分析表明該機(jī)制的存儲(chǔ)開銷和通信開銷都比較適中，能夠滿足SCADA系統(tǒng)中的性能要求

8、。
　　⑷研究了智能電網(wǎng)數(shù)據(jù)采集端的安全組通信問題，基于邏輯路由樹提出了一種高效的組密鑰管理機(jī)制。針對(duì)負(fù)責(zé)智能電網(wǎng)中的重要設(shè)備與關(guān)鍵線路數(shù)據(jù)采集的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)，本文提出了一種基于分層和分簇的安全并可擴(kuò)展的組密鑰管理機(jī)制。根據(jù)通信安全需求的不同，本文根據(jù)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的路由拓?fù)浞謩e為簇頭和簇成員設(shè)計(jì)了兩種密鑰管理方案。在本文提出的密鑰管理機(jī)制中，由于一個(gè)層或簇中位置相鄰的節(jié)點(diǎn)共享相同的密鑰加密密鑰，密鑰更新的開銷可以顯著降低，此外