信息网络安全 ›› 2021, Vol. 21 ›› Issue (11): 65-74.doi: 10.3969/j.issn.1671-1122.2021.11.008
收稿日期:
2021-07-14
出版日期:
2021-11-10
发布日期:
2021-11-24
通讯作者:
石润华
E-mail:rhshi@ncepu.edu.cn
作者简介:
李坤昌(1992—),男,河南,博士研究生,主要研究方向为智能电网中隐私保护与共享、密码学应用|石润华(1974—),男,安徽,教授,博士,主要研究方向为经典密码学和量子密码学|李恩(1997—),男,山东,硕士研究生,主要研究方向为隐私保护、密码学应用
基金资助:
LI Kunchang, SHI Runhua(), LI En
Received:
2021-07-14
Online:
2021-11-10
Published:
2021-11-24
Contact:
SHI Runhua
E-mail:rhshi@ncepu.edu.cn
摘要:
隐私保护是当下智能电网中一个重要且热门的研究课题。文章首先介绍了智能电网的背景及现存的安全问题,并分析隐私保护的重要性;然后介绍智能电网中隐私保护的现有研究方向和主要技术手段;接着介绍了现有密码学技术、区块链、安全多方计算以及人工智能技术在智能电网隐私保护方面的新突破,以及有待进一步研究的方面,为进一步的研究提供了技术基础;最后文章指出为了进一步改进隐私保护与共享的效率和轻量级程度,对密码学、区块链、人工智能、隐私增强技术以及边缘计算等关键技术及其相互之间结合进行研究,以期解决智能电网中的隐私保护与共享效率低以及通信成本高等问题。文章指出了接下来的一些研究方向,希望以此促进行业的发展。
中图分类号:
李坤昌, 石润华, 李恩. 智能电网中数据聚合与用户查询隐私保护研究[J]. 信息网络安全, 2021, 21(11): 65-74.
LI Kunchang, SHI Runhua, LI En. Survey on Data Aggregation and Privacy Protection of User Query in Smart Grid[J]. Netinfo Security, 2021, 21(11): 65-74.
表2
现有数据聚合方案综合比较
分类 | 方案 | 技术方法 | 应用 场景 | 安全 特性 | |
---|---|---|---|---|---|
文献[ | 基于Paillier加密的数据聚合 | 基于Paillier加密系统的分层聚合数据 | Paillier加密、分层 聚合 | 智能 电网 | 数据保 密性 |
文献[ | 智能电表本身使用Paillier 密码系统进行聚合的方案 | Paillier 加密 | 智能 电表 | 隐私 保护 | |
文献[ | 基于其他同态加密的数据聚合 | 使用同态加密系统对数据加密值及加密密钥的 聚合 | 同态加密 | 智能电网大数据 | 安全 存储 |
文献[ | 基于同态加密隐私保护的实时电价计费方案 | 加法、混合乘法同态 加密 | 智能 电网 | 隐私 保护 | |
文献[ | 基于同态加密的智能电表数据聚合方案 | 同态加密 | 智能 电网 | 隐私 保护 | |
文献[ | 基于雾计算的数据聚合 | 基于雾计算的智能电网数据聚合研究 | 雾节点、云节点 | 智能 电网 | 细粒度数据共享 |
表3
现有保护隐私的数据查询方案综合比较
研究文献 | 分类 | 方案 | 技术方法 | 应用场景 | 安全特性 |
---|---|---|---|---|---|
文献[ | 支持聚合函数的隐私保护数据查询 | PriSense、数据 查询 | PriSense、聚合 | 智能电网 | 隐私保护 |
文献[ | Sum聚合、数据 查询 | 同态加密、密钥 | 智能电网 | 隐私保护 | |
文献[ | 点对点、可验证数据聚合 | 聚合函数 | 智能电网、云存储 | 数据保密性 | |
文献[ | 多功能数据聚合的隐私数据查询 | MuDA、数据查询 | 多种统计 | 智能电网 | 隐私保护 |
文献[ | PPM-HAD、数据 查询 | 多功能数据聚合 | 医疗系统、智能电网 | 隐私保护 | |
文献[ | 轻量级隐私数据查询 | 基于Diffie-Hellman密钥交换协议的隐私保护数据查询方案 | 密钥交换、同态加密 | 智能电网 | 隐私保护、云计算 |
[1] | SI Guanlin. Research and Application of Data Privacy Protection Methods for Energy Internet Users[D]. Beijing:North China Electric Power University, 2018. |
司冠林. 面向能源互联网用户数据隐私保护方法的研究与应用[D]. 北京:华北电力大学, 2018. | |
[2] | CAO Junwei, MENG Kun, WANG Jiye, et al. Energy Internet and Energy Router[J]. Science China Information Science, 2014, 44(6):714-727. |
曹军威, 孟坤, 王继业, 等. 能源互联网与能源路由器[J]. 中国科学:信息科学, 2014, 44(6):714-727. | |
[3] | CHEN Le. Research on Privacy Protection in Smart Grid Communication[D]. Shanghai:Shanghai Jiaotong University, 2015. |
陈乐. 智能电网通信中隐私保护问题的研究[D]. 上海:上海交通大学, 2015. | |
[4] | JAWUREK M, JOHNS M, KERSCHBAUM F. Plug-in Privacy for Smart Metering Billing[C]// Springer. International Symposium on Privacy Enhancing Technologies Symposium, July 27-29, 2011, Berlin. Heidelberg: Springer, 2011: 192-210. |
[5] | ZHAO Yiqiao. Research on Smart Meter Integrity Privacy Protection Based on Ring Signature Encryption[D]. Beijing:North China Electric Power University, 2018. |
赵乙桥. 基于环签密的智能电表完整隐私保护研究[D]. 北京:华北电力大学, 2018. | |
[6] |
ZHANG Liping, ZHAO Lanchao, YIN Shuijun, et al. A Lightweight Authentication Scheme with Privacy Protection for Smart Grid Communications[J]. Future Generation Computer Systems, 2019, 100(1):770-778.
doi: 10.1016/j.future.2019.05.069 URL |
[7] |
KONG Wei, SHEN Jian, VIJAYAKUMAR P, et al. A Practical Group Blind Signature Scheme for Privacy Protection in Smart Grid[J]. Journal of Parallel and Distributed Computing, 2020, 136(1):29-39.
doi: 10.1016/j.jpdc.2019.09.016 URL |
[8] | LEWKO A, OKAMOTO T, SAHAI A, et al. Fully Secure Functional Encryption: Attribute-based Encryption and (hierarchical) Inner Product Encryption[C]// Springer. Annual International Conference on the Theory and Applications of Cryptographic Techniques, July 23-25, 2010, Berlin, Heidelberg: Springer, 2010: 62-91. |
[9] |
RUJ S, NAYAK A. A Decentralized Security Framework for Data Aggregation and Access Control in Smart Grids[J]. IEEE Transactions on Smart Grid, 2013, 4(1):196-205.
doi: 10.1109/TSG.2012.2224389 URL |
[10] |
HUR J. Attribute-based Secure Data Sharing with Hidden Policies in Smart Grid[J]. IEEE Transactions on Parallel and Distributed Systems, 2013, 24(11):2171-2180.
doi: 10.1109/TPDS.2012.61 URL |
[11] | BONEH D, GOH E J, NISSIM K. Evaluating 2-DNF Formulas on Ciphertexts[C]// Springer. Theory of Cryptography Conference, February 10-12, 2005, Cambridge, MA. Heidelberg: Springer, 2005: 325-341. |
[12] |
DING Yong, WANG Bingyao, WANG Yujie, et al. Secure Metering Data Aggregation with Batch Verification in Industrial Smart Grid[J]. IEEE Transactions on Industrial Informatics, 2020, 16(10):6607-6616.
doi: 10.1109/TII.9424 URL |
[13] |
GAI Keke, WU Yulu, ZHU Liehuang, et al. Permissioned Blockchain and Edge Computing Empowered Privacy-preserving Smart Grid Networks[J]. IEEE Internet of Things Journal, 2019, 6(5):7992-8004.
doi: 10.1109/JIOT.2019.2904303 |
[14] |
WANG Jing, WU Libing, CHOO K K R, et al. Blockchain-based Anonymous Authentication with Key Management for Smart Grid Edge Computing Infrastructure[J]. IEEE Transactions on Industrial Informatics, 2019, 16(3):1984-1992.
doi: 10.1109/TII.9424 URL |
[15] |
LU Yunlong, HUANG Xiaohong, DAI Yueyue, et al. Blockchain and Federated Learning for Privacy-preserved Data Sharing in Industrial IoT[J]. IEEE Transactions on Industrial Informatics, 2019, 16(6):4177-4186.
doi: 10.1109/TII.9424 URL |
[16] | CHEN Siguang, YANG Yi, HUANG Liming, et al. Data Aggregation for Smart Power Grid Security and Privacy Protection Based on Fog Computing[J]. Journal of Nanjing University of Posts and Telecommunications (Natural Science), 2019, 39(6):62-72. |
陈思光, 杨熠, 黄黎明, 等. 基于雾计算的智能电网安全与隐私保护数据聚合研究[J]. 南京邮电大学学报(自然科学版), 2019, 39(6):62-72. | |
[17] | VANDIJK M, GENTRY C, HALEVI S, et al. Fully Homomorphic Encryption over the Integers[C]// Springer. Annual International Conference on the Theory and Applications of Cryptographic Techniques, May 30- June 3, 2010, Berlin, Heidelberg: Springer, 2010: 24-43. |
[18] |
LI Fengjun, LUO Bo, LIU Peng. Secure and Privacy-preserving Information Aggregation for Smart Grids[J]. International Journal of Security and Networks, 2011, 6(1):28-39.
doi: 10.1504/IJSN.2011.039631 URL |
[19] |
GAI Keke, QIU Meikang. Blend Arithmetic Operations on Tensor-based Fully Homomorphic Encryption over Real Numbers[J]. IEEE Transactions on Industrial Informatics, 2017, 14(8):3590-3598.
doi: 10.1109/TII.9424 URL |
[20] | RIVEST R L, ADLEMAN L, DERTOUZOS M L. On Data Banks and Privacy Homomorphisms[J]. Foundations of Secure Computation, 1978, 4(11):169-180. |
[21] | HE Wei, ZHAO Bo, LIU Yubo. Real-time Electricity Pricing Scheme Based on Privacy Protection[J]. Application Research of Computers, 2019, 36(6):1788-1792. |
何薇, 赵波, 刘育博. 基于隐私保护的实时电价计费方案[J]. 计算机应用研究, 2019, 36(6):1788-1792. | |
[22] | JIAO Zhen, WANG Zhaojun, GUO Hongxia, et al. Data Aggregation Scheme of Smart Electricity Meter Based on Homomorphic Encryption[J]. Information Technology, 2020, 44(5):32-36. |
矫真, 王兆军, 郭红霞, 等. 基于同态加密的智能电表数据聚合方案[J]. 信息技术, 2020, 44(5):32-36. | |
[23] | HUANG Yue. Research and Application of Efficient Data Aggregation Algorithm for Privacy Protection[D]. Shanghai: East China Normal University, 2020. |
黄悦. 高效的隐私保护数据聚合算法的研究与应用[D]. 上海:华东师范大学, 2020. | |
[24] | CHEN Meihuan. Research on Data Aggregation Scheme for Privacy Protection in Smart Grid[D]. Chongqing: Chongqing University of Posts and Telecommunications, 2020. |
陈美欢. 智能电网中面向隐私保护的数据聚合方案研究[D]. 重庆:重庆邮电大学, 2020. | |
[25] | YANG Xuhui. Research on Privacy Protection of Smart Grid Based on Data Aggregation[D]. Beijing:North China Electric Power University, 2019. |
杨旭辉. 基于数据聚合的智能电网隐私保护问题研究[D]. 北京:华北电力大学, 2019. | |
[26] |
ZHAO Shuai, LI Fenghua, LI Hongwei, et al. Smart and Practical Privacy-preserving Data Aggregation for Fog-based Smart Grids[J]. IEEE Transactions on Information Forensics and Security, 2020, 16(11):521-536.
doi: 10.1109/TIFS.2020.3014487 URL |
[27] | SHI Jing, ZHANG Rui, LIU Yunzhong, et al. Prisense: Privacy-preserving Data Aggregation in People-centric Urban Sensing Systems[C]// IEEE. 2010 Proceedings IEEE INFOCOM, March 14-19,2010, San Diego, CA, USA. New York: IEEE, 2010: 1-9. |
[28] |
LI Qinghua, CAO Guohong, PORTA T F. Efficient and Privacy-aware Data Aggregation in Mobile Sensing[J]. IEEE Transactions on Dependable and Secure Computing, 2013, 11(2):115-129.
doi: 10.1109/TDSC.2013.31 URL |
[29] |
ZHANG Rui, SHI Jing, ZHANG Yanchao, et al. Verifiable Privacy-preserving Aggregation in People-centric Urban Sensing Systems[J]. IEEE Journal on Selected Areas in Communications, 2013, 31(9):268-278.
doi: 10.1109/JSAC.2013.SUP.0513024 URL |
[30] |
CHEN Le, LU Rongxin, CAO Zhenfu, et al. MuDA: Multifunctional Data Aggregation in Privacy-preserving Smart Grid Communications[J]. Peer-to-peer Networking and Applications, 2015, 8(5):777-792.
doi: 10.1007/s12083-014-0292-0 URL |
[31] |
HAN Song, ZHAO Shuai, LI Qinghua, et al. PPM-HDA: Privacy-preserving and Multifunctional Health Data Aggregation with Fault Tolerance[J]. IEEE Transactions on Information Forensics and Security, 2015, 11(9):1940-1955.
doi: 10.1109/TIFS.2015.2472369 URL |
[32] |
WU Haiqin, WANG Liangmin, XUE Guoliang. Privacy-aware Task Allocation and Data Aggregation in Fog-assisted Spatial Crowdsourcing[J]. IEEE Transactions on Network Science and Engineering, 2019, 7(1):589-602.
doi: 10.1109/TNSE.6488902 URL |
[33] | ZENG Xiaoli. Research on Privacy Protection of Data Transmission and Query in Smart Grid[D]. Harbin: Harbin Institute of Technology, 2017. |
曾晓立. 智能电网中数据传输及查询的隐私保护问题研究[D]. 哈尔滨:哈尔滨工业大学, 2017. |
[1] | 孙力. 区块链+在线教育资源联盟信息保护机制研究与应用[J]. 信息网络安全, 2021, 21(9): 32-39. |
[2] | 路宏琳, 王利明, 杨婧. 一种新的参数掩盖联邦学习隐私保护方案[J]. 信息网络安全, 2021, 21(8): 26-34. |
[3] | 陈凯杰, 熊焰, 黄文超, 武建双. 一种基于拜占庭容错的PoS共识协议形式化分析方法[J]. 信息网络安全, 2021, 21(8): 35-42. |
[4] | 靳姝婷, 何泾沙, 朱娜斐, 潘世佳. 基于本体推理的隐私保护访问控制机制研究[J]. 信息网络安全, 2021, 21(8): 52-61. |
[5] | 任涛, 金若辰, 罗咏梅. 融合区块链与联邦学习的网络入侵检测算法[J]. 信息网络安全, 2021, 21(7): 27-34. |
[6] | 吴奕, 仲盛. 区块链共识算法Raft研究[J]. 信息网络安全, 2021, 21(6): 36-44. |
[7] | 李鹏, 郑田甜, 徐鹤, 朱枫. 基于区块链技术的RFID安全认证协议[J]. 信息网络安全, 2021, 21(5): 1-11. |
[8] | 周由胜, 钟天琦. 基于区块链的公平交换方案[J]. 信息网络安全, 2021, 21(5): 19-30. |
[9] | 刘子昂, 黄缘缘, 马佳利, 周睿. 基于区块链的医疗数据滥用监控平台设计与实现[J]. 信息网络安全, 2021, 21(5): 58-66. |
[10] | 王健, 赵曼莉, 陈志浩, 石波. 基于假名的智能交通条件隐私保护认证协议[J]. 信息网络安全, 2021, 21(4): 49-61. |
[11] | 任航, 程相国, 张睿, 夏辉. 基于议价贝叶斯博弈模型的防欺诈策略[J]. 信息网络安全, 2021, 21(4): 81-88. |
[12] | 周由胜, 王明, 刘媛妮. 支持区间查询的基于位置服务外包数据隐私保护方案[J]. 信息网络安全, 2021, 21(3): 26-36. |
[13] | 路宏琳, 王利明. 面向用户的支持用户掉线的联邦学习数据隐私保护方法[J]. 信息网络安全, 2021, 21(3): 64-71. |
[14] | 芦效峰, 付淞兵. 属性基加密和区块链结合的可信数据访问控制方案[J]. 信息网络安全, 2021, 21(3): 7-8. |
[15] | 张应辉, 朱甜, 郑东. 基于区块链的多关键字细粒度可搜索加密方案[J]. 信息网络安全, 2021, 21(2): 34-44. |
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