近年,我国国家电网公司倡议探讨构建“全球能源互联网”,推动以清洁和绿色方式满足全球电力需求。全球能源互联网环境下,由于各种利益相关者的存在及职责交叉,智能电网的互动化以及通信网络的相对开放等特点,增加了高级量测体系(Advanced Metering Infrastructure,AMI)的信息安全风险,其通信安全性与快速性是全球能源互联网信息安全的基础与关键。目前全球学术界、电力运营商、监管机构等纷纷开展了AMI通信快速与安全性课题的研究工作。本文提出四进制倍数-和差算法对椭圆曲线密码体制的安全性和快速性作出改进,使得AMI单播通信的加解密速度最多可提高53.8%,抵御边信道攻击的能力也是原来的四倍;提出基于成员行为模型的集中式组播密钥管理方案,该方案不仅能够提供严格保证组播的前向安全性和后向安全性,而且能高效有序的更新组播密钥,同时保持良好的通信效率和较低的密钥管理开销。主要研究内容和成果如下:(1)提出了四进制倍数-和差算法(简称“四进制算法”),解决了AMI椭圆曲线加密算法计算效率不高(相比对称加密)的问题。该算法通过在Jacobi坐标上计算乘法,Jacobi-Affine坐标上计算加法,基于k的非相邻形式得到唯一的四进制序列以及推导在Jacobi坐标上计算4P的公式,使计算kP(乘法)的效率提高了17.1%。在此基础上,将kP分解成形如hP?l J计算,对固定比特的整数k,计算效率能提高53.8%。(2)研究了四进制算法对边信道攻击的安全性。验证了能量均衡四进制算法能完全抵御简单能量攻击,而抵御差分能量攻击的能力是原算法的四倍,功耗和概率分析表明:该算法解决了应用于AMI的ECC不能抵御边信道(包括简单能量攻击和差分能量攻击)的缺点。(3)提出了基于成员行为模式的AMI组播密钥管理方案,提高了AMI组播的通信效率。该方案基于成员行为模型对组播内的成员进行分组,然后利用分治策略和门限方案,使系统能够高效、有序的更新组播密钥,理论研究表明:该方案的最坏通信效率较差,但平均通信效率很好,保证了AMI组播的通信效率。(4)验证了AMI密钥管理方案的安全性:新方案能严格保障前向安全性和后向安全性和通信中的信息安全,而且新方案在密钥存储开销、密钥更新开销上相比LKH和Iolus等方案都有明显优势。通过对ECC乘法算法的改进,以及制定适用于AMI的组播密钥管理方案,提高了AMI单播和组播通信的安全性和快速性,对实现全数据互联、构建全球能源互联网具有理论和实践意义。