智能电网中基于群组的匿名批量认证技术

Unlike traditional power grid, smart grid forms the real-time connected network between users and grid corporation via smart meters. Thus smart grid can achieve bidirectional and high-speed data transmission and information control，and attain real-time sampling parameters. Because operation and management is significant different in the smart grid, the model of being verified one by one in massive meters is not suitable for the high concurrent access cenario. Frequent data acquisition in smart grid contributes to real-time management, but it brings the new problem of leaking user sensitive information. This project aims to research anonymous batch authentication based on the group in smart grid and its two foundations for the realization. One is how to design fault tolerance and error detection in batch verification. The other is short group signature with controllable linkablity. Research contents include the following: design the anonymous and auditable authentication protocol based on the secure and efficient short group signature, construct fault tolerance and attack resistance in batch verification method by information dispersal algorithm, propose short group signature scheme with controllable relevance making use of the new non-interactive zero-knowledge proofs. Through the above breakthrough research, the designed batch authentication protocol supports privacy preserve with error detection and fault tolerance, which meets user's multi level and finergrained application requirements. Our research is not only prospective in theory and technology, but also effective in practical application.

与传统电网不同，智能电网通过智能终端使用户与电网公司间形成即时连接的网络，实现双向、高速的数据传输和信息控制，达到实时的参数采样。运营管理的显著差异使智能电网中海量设备的逐一验证模式已无法适应高并发接入场景；而频繁数据采集在满足实时管理的同时带来了用户敏感信息泄露的新问题。本项目旨在研究智能电网中基于群组的匿名批量认证技术以及它的两个实现基础：批量验证的容错、检错能力设计和可控关联性的短群签名。包括：基于安全高效的短群签名方案，设计具有匿名性和可审计性的认证协议；利用信息分散算法，构建批量验证方法的容错能力和抗攻击能力；使用新的非交互式零知识证明技术，提出可控关联的短群签名方案。通过对以上内容的突破性研究，使所设计的批量认证协议在支持隐私保护的同时具有检错和容错能力，可满足智能电网用户多级别、多粒度的个性化数据应用需求。我们的研究既具有理论和技术的前瞻性，也注重实际应用的有效性。

不同于传统电网，智能电网通过智能终端在用户和电网公司间建立了实时连接，实现双向数据传输和信息控制。随着用户量的增加,海量设备同时接入的汇聚效应将造成服务器端的拥塞,形成安全数据风暴;在智能电网中频繁的数据采集可满足实时管理要求，但从用户的角度这会引起对隐私信息泄漏的关注;为达到智能电网开放性和实时性的性能，对设备接入认证提出了很高的要求,不但需要对用户的身份进行保护，还需满足身份可认证和数据加密高效性;此外,作为智能电网一部分的V2G网络,可将电动汽车作为移动的、分布式储能单元接入电网。然而电动汽车的流动性较强，频繁数据交换在满足实时管理的同时带来用户敏感信息泄露的风险。.本项目围绕着智能电网中需要解决的以上问题展开系统研究，首先在宏观上对智能电网网络架构和安全需求方面进行了研究，然后针对智能电网数据收集的特点，对智能电网安全数据采集方案进行设计研究；因为智能电网需实时监控用电状况，动态调整供电量，用电数据需要做区域聚合，我们针对智能电网数据聚合展开研究；为保证智能电网中传输数据的保密性，我们研究了智能电网中的数据加密方案；电动汽车接入电网(V2G)是智能电网的组成部分，结合V2G网络车辆易变动的特点，我们研究了V2G网络中的具有隐私保护的安全认证协议；此外，我们针对智能电网中用到的相关密码技术进行了研究，并讨论了相关技术用于其它场景的安全性。相关密码技术包括：密码算法、密钥协商、群签名、广播加密、认证协议等。.本项目认真按照任务计划开展研究工作，完成了各项预订研究目标。本课题的理论成果涵盖智能电网中的匿名数据批量认证，安全数据采集和加密，具有隐私保护的协议设计以及相关密码技术的研究。