智能电网中密态数据的可验证外包计算研究

Smart grid is a national key information infrastructure that aims to achieve reliable, secure, efficient and environment-friendly operation of the power grid, where the confidentiality of communication data and user privacy are the current research hotspots. With the rapid development of big data technology, it is inevitable to let an untrusted outsourcing service provider provide outsourcing storage and computation for smart grid big data. The traditional encryption cryptosystem make these encrypted data (encryption or encoding) lose its original characteristics of plaintext data, which leads to the drawbacks in the legal access of multi-party encrypted data and the verification of the accuracy of the outsourcing computation results. Therefore, based on the new public key cryptosystem, this project will study the reliable communication and verifiable outsourcing computation of encrypted data in smart grid. Specifically, we study the following issues: (1) To construct access control communication and specific computation of encrypted data schemes in a multi-party communication; (2) Assume the existence of internal attackers, we study how to verify the equality test on the plaintext of multi-party encrypted data. (3) To investigate the outsourcing computation model and design publicly verifiable outsourcing computation protocols for encrypted data. The aim of this proposal will be dedicated to make breakthroughs in the confidentiality of smart grid data, the equality test and the verifiability of outsourcing computation on encrypted data, and promote the practical applications of the advanced public key techniques in smart grid data security area.

智能电网是国家关键信息基础设施，旨在实现电网可靠、安全、高效和环境友好运行，其中通信数据的机密性和用户隐私是当前的研究热点。随着大数据技术的日趋成熟，由不可信服务提供商提供电网大数据的外包存储和计算成为必然趋势，传统的加密体制会使得密态数据（加密或编码）失去原有明文数据的相关特性，导致多方加密数据的合法访问及群组外包计算结果的准确性验证存在缺陷。因此，本项目将基于新型公钥密码体制，研究智能电网中密态数据的可靠传输与可验证外包计算问题，具体如下：（1）构造多方通信中密态数据的访问控制传输与特定计算方案；（2）考虑内部攻击者威胁，研究多方密态数据所对应明文数据一致性的可验证问题；（3）开展外包计算模型探讨，设计针对密态数据的群组全公开可验证外包计算协议。本项目致力于在智能电网数据的机密性、密态数据的一致性检测与外包计算可验证性方面取得突破，推进新型公钥密码技术在智能电网数据安全的实用化。

随着云大物移智技术的日趋成熟，在由不可信云服务提供商提供的智能电网密态数据外包存储和计算服务中，传统的加密体制会使得密态数据失去原有明文数据的相关特性，导致多方加密数据的合法访问、一致性检验、群组外包计算等服务存在问题。如何有效保证智能电网中密态数据的可靠传输与可验证外包计算成为智能电网数据安全领域的关键问题。本项目基于功能加密等新型公钥密码体制对上述问题进行研究，项目研究按计划执行，进展顺利，完成了预定的研究任务。项目主要研究结果如下：（1）针对云环境下的智能电网密态数据细粒度访问控制加密的方案设计及可证明安全性进行研究，提出了一系列适用于多方通信中密态数据的访问控制传输与特定计算方案；（2）针对随机预言模型在实际应用的局限性和内部攻击者威胁，研究多方密态数据所对应明文数据一致性的可验证性问题；（3）针对智能电网中盗电监测的隐私保护问题以及现有检测方案中的集中化和不可扩展的问题，设计了密态数据的群组公开可验证外包计算协议，提出了新的盗电检测方案；（4）考虑密钥泄露等恶意攻击威胁，探索新型公钥密码体制在智能电网和云计算等相关领域中的隐私增强解决方案，研究了动态数据库的数据安全搜索问题。本项目累计在CCF-A/B类、SCI一区等国内外学术期刊上共发表学术论文15篇，其中CCF推荐期刊或会议列表论文11篇，代表性成果发表在IEEE TDSC、Theoretical Computer Science、IEEE IoT Journal、The Computer Journal、ICICS等上；申请人参与的“服务智慧城市治理的电力数字驾驶舱系统及关键技术”成果，获2021年度中电联电力科技创新奖一等奖。本项目成果不仅丰富了在智能电网数据安全方面的新型公钥密码算法的设计方法，还为智能电网数据的机密性保证、密态数据的一致性检测与外包计算可验证性服务提供了密码理论的支撑，探索了新型公钥密码体制在智能电网数据安全中实践部署。