摘要
智能电网是一种新型电力网络，它将传统电网与信息和通信技术相结合，实现了更准确的电力调度和管理。在智能电网中，公用事业供应商通过智能电表收集一段时间内所有用户的用电数据，并通过分析这些数据来制定供电策略，从而保持电力生产和需求之间的平衡。但是攻击者可以通过非法手段收集这些实时用户电力数据，然后通过分析这些数据推测出用户的行为习惯。因此，为了在不泄露用户隐私的情况下分析实时电力数据，隐私保护数据聚合方案在智能电网中得到了广泛的研究。然而，现有方案存在一些问题，如只允许固定用户，需要可信中心，不能满足数据细粒度分析需求等。为了解决这些问题，本文提出两种基于区块链的数据聚合方案，主要内容如下： 1.针对无第三方可信中心下的动态用户和故障容错问题，提出了一种基于区块链的智能电网多维数据聚合方案。在该方案中，使用Raft共识协议中的领导者选举算法从所有智能电表中选择一个记账节点来验证和聚合数据。同时设计了一种动态秘密共享同态方案，该方案不仅可以实现无可信中心下的动态用户管理和故障容错，而且由于使用了动态秘密共享技术，只需进行一次秘密共享，减少了通信开销。此外，该方案还支持多维数据聚合，能得到所有用户每种电器用电量数据之和，从而实现用户电力数据的细粒度分析。安全分析表明本文提出的方案在选择明文攻击下是语义安全（IND-CPA）的。实验结果表明该方案具有比其他方案更低的计算和通信开销。 2. 针对智能电网中聚合节点不可信问题，提出了一种边缘区块链辅助的匿名可验证多维数据聚合方案。在该方案中，首先基于区块链和边缘计算设计了一个三层聚合架构。然后使用改进的可验证秘密共享技术，将混淆的电力数值作为多项式系数，从而无需使用超增量序列等技术就能实现多维数据聚合。该方案可以通过多项式承诺进行聚合数据验证，从而判断聚合节点是否进行了正确的数据聚合。安全性分析表明该方案不仅实现了匿名身份认证，还可以抵抗包括n?1个用户的共谋攻击在内的内部攻击和中间人攻击、修改攻击等外部攻击。实验结果表明该方案在多元化电器条件下是高效的。
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