高速、双向的实时通讯网络是智能电网中不可或缺的组成部分。大量的用电数据、电网运行状态信息、电网控制指令都在通讯网络上频繁地传递流通。这些数据使得电力公司能够精细化地分析用户行为模式、电网运行状态,以便优化电网的运行,并且为智能电网提供了诸如实时反馈、动态电价、辅助决策支持、分布式电源接入等功能,保证了电网可靠、安全、经济、高效地运行。然而随着信息与通讯技术的引入,智能电网也面临着更大的信息安全威胁。通过网络攻击的手段,不法分子有可能获取到通讯中所传输的大量敏感信息,并以此窃取用户隐私、篡改控制指令,影响电网的正常运行,威胁电网安全。因此,对智能电网通讯中信息安全的研究迫在眉睫。本课题聚焦于智能电网环境下认证与密钥交换协议的研究。该协议能够使通讯网络中的单位进行身份认证,并建立会话密钥。通讯双方可利用该会话密钥对传递的信息进行加密,以此保证传输数据的安全性和保密性。在对该领域内现有的协议进行了调查与研究后,发现很多协议不适合智能电网的通讯环境,并且存在一定的安全漏洞。文中首次指出了Chen等人、Li等人的协议存在的安全漏洞,并阐述了具体的攻击手段。随后基于椭圆曲线公钥密码系统设计了两种适用于智能电网通讯环境的认证于密钥交换协议。提出的两个协议中,基于辅助设备的协议适用于数据集中器等需要人工控制与管理的重要设备间的通讯,无需辅助设备的协议适用于智能电表等自动化运行的设备通讯。本文通过BAN逻辑、随机预言模型概率分析、Pro Verif安全验证软件三种不同的方法完善地证明了协议的正确性以及安全性。对所提出的协议进行了详细的安全分析,表明了协议具备所需的安全特性能够应对各类网络攻击手段。同时,本文通过仿真实验等方法从安全性、计算消耗、通讯消耗三个方面分析了所提出协议的性能表现。在与同类型协议的比较中可以发现,所提出的协议在性能上具有优越性。