基于区块技术的智能电网数据的安全与隐私保护

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智能电网网络中分布式发电、储能、电动汽车和数字化变电站等设备项目越来越普及,并且随着人们需求的多样化,各个区域间的设备需要联合起来进行数据共享、互相访问等过程,通过共享资源和服务及组织间的相互操作实现协同工作。而现有方案中终端接入电网的计算开销过大,跨域认证方案较少且效率低下,智能电网数据的存储和共享过程存在占用内存大和访问安全性低等问题。本文将区块链技术作为了主要的研究方向,区块链的特点和优点突出,不可篡改性、数据一致性等为隐私保护提供了保障,去中心化信任、数据安全等为跨域身份认证过程提供了理想的属性,包括消除中心故障点、保障可靠的交易记录等。基于区块链技术为智能电网系统构建一个高效的跨域安全通信服务模型,保证电网在进行信息共享和资源互访过程的安全性和高效性,具有十分重要的意义。基于以上阐述,本文的主要研究内容如下:首先,研究信任和信任机制,并分析了典型的贝叶斯博弈信任评估方案,并根据信任度划分标准确定了节点的权重。研究了安全多方计算(SMPC)中的秘密共享算法,以联盟链中预选节点为验证节点,并结合联盟链中的PBFT共识机制,设计了一种基于秘密共享思想的权重标识签发方案。基于权重标识设计了跨域认证协议,规范了不同信任域下用户对信息服务实体的访问过程。分析表明本文方案有较高的安全性,并且更适用于智能电网中计算能力弱的终端。其次,研究了智能电网系统中数据交互过程中存在的隐私安全问题和跨域身份认证问题,借助ASN.1对权重标识结构进行设计,通过对区块链存储方式的研究,结合区块链特点与云存储技术,将数据索引和地址值等信息存储在区块链中并将对应的数据存放在云模型下的数据库中,索引和地址值等在区块体中占据很少的存储空间,减少了区块链的负载压力,具有较高的拓展性。在此基础上设计数据共享流程,分析了访问者获得目标明文的全过程。构建以太坊并设计智能合约模拟智能电网中分布式电源和负载的电量交易过程,通过实验仿真对比分析,结果表明,在数据量较大时,本文方案有较高的存储效率并且在保护数据隐私前提下提高了共享效率。最后,研究了智能电网数据在共享过程中的访问控制策略,通过对访问控制协议和PPSPC协议的分析,在智能电网配电场景下,将跨域认证方案与PPSPC协议相结合,提出了基于PPSPC的智能电网数据访问控制方案。论证了访问控制方案两个阶段的隐私保护性,通过实验仿真分析,本文方案对于智能电网中通信能力弱的终端有很好的适用性,综合性能和安全性也有所提高。
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