智能电网中数据的隐私保护与可用性关键技术研究

With the development of smart grid technology，privacy preserving of metering data attracts much more attentions from the government, enterprises and universities. Since the metering data has many characteristics, such as privacy protection continuity, utility correlation etc., currently, data privacy, usability and utility optimization become the design goals of power system. However, most of the existing data privacy protection schemes don't have usability. The balance between privacy and the usability is a new problem for the smart grid utility optimization. Therefore, this project tries to improve data privacy and usability during the using processes. Our research content includes: 1) we will propose secure data deduplication mechanism with privacy preserving, facilitating efficient data transmission; 2) we will propose rapid query schemes over encrypted data to support rang query, logic query and aggregation query etc., improving the usability of data in querying process; 3) we will propose privacy-utility evaluation mechanism based on the entropy and copula theory, and we also will try to achieve a balance between the privacy and the utility in the smart grid. Finally, we will apply the above methods and theories into the actual micro-grid system for data privacy protection. The research results of this project will enrich the theories of smart grid technology, information theory and applied cryptography; also boost the development of industrial and economic use of the smart grid.

随着智能电网技术的发展，隐私问题越来越引起公众的关注和不安。由于智能电网数据的效用相关性特点以及连续性隐私保护需求，目前数据的隐私性、可用性和效用优化已成为设计电力系统方案所追求的目标。但是，已有的隐私保护方案大都不具备可用性。隐私与可用性的平衡是智能电网效用优化面临的一个崭新问题。因此，本项目以提高电网数据在使用过程中的隐私性和可用性为目的，开展以下研究：1)隐私安全的重复数据删除机制，对重复密文进行删除，减少传输带宽和时间，提高隐私数据高效传输的可用性；2）隐私数据的安全查询机制，实现查询条件隐私保护并支持密文的区间、逻辑和聚合查询，提高隐私数据查询分析时的可用性； 3）针对电网效用需求，研究数据的隐私与可用性评价机制，实现电网效用和隐私保护质量的权衡与优化。尊重用户隐私并提供可用高效的隐私保护机制是智能电网发展的必然趋势，因此本项目的研究对智能电网具有极大的理论价值与现实意义。

智能电网技术在扩大信息开放的同时，打开了能源保护的大门。不安全的数据通信技术将会给黑客提供他们所附属的快速通道, 进而导致测量数据不准确和隐私泄露的危险。特别是智能电表的广泛使用，许多国家的研究者认为电表的测量数据在一定程度上泄露了居民的用电模式。因此，用电数据的隐私保护是智能电网技术推广应用的基础瓶颈问题之一。与一般的隐私保护不同，智能电网中数据的隐私保护具有以下特点：1）隐私保护需要具有较强的连续性。2）数据的隐私保护必须考虑其在电网中的可用性。本项目围绕智能电网中数据隐私保护、机密性保护、数据去冗等技术以及针对电网效用需求的可用性提升技术开展研究，重视隐私威胁的复杂性、对抗性以及电网系统的业务需求，取得以下成果：（1）在重复数据删除机制方面，首先,研究了对用电数据的隐密性保护和对重复密文去冗，提出了重复数据的安全重删方案，减少传输带宽和时间；其次，对具有相同的文件生成了用于聚合密钥管理的会话密钥，提高隐私数据高效传输的可用性；（2）在安全查询机制方面，针对智能电网中数据外包的隐私保护，提出了基于多数据所有者排名和隐向量的关键字搜索技术，实现查询条件隐私保护并支持密文的区间、逻辑和聚合查询；同时，为了对数据访问进行细粒度访问，让不同的访问者拥有不同的权限，分别提出了属性加密的可撤销的访问控制方案和收敛密钥管理方案，提高了隐私数据查询分析时的可用性； （3）在电网效用评价与隐私平衡方面，针对智能电网业务效用需要，比如根据用电数据的异常检测、盗电与跟踪等，提出了基于关联性群签名的数据认证及追踪方案，在实现用电隐私保护的同时进行满足电网业务的需求；随着对智能电网的技术的深入发展，本项目的研究成果必将其推广和完善具有极大的理论价值与现实意义。