能源互联网中基于格密码的区块链隐私保护研究

来源 :华北电力大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:michaelhocn
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能源互联网的迅速发展不断影响并改变着电网的架构。能源互联网涉及了更多样的能源形式和更广泛的参与主体以及去中心化的交互模式,这些维度的升级增加了能源互联网的复杂性,同时对系统内信任的建立也提出了很大的挑战。区块链技术具有去中心化、透明性、防篡改、可追溯等提点,与能源互联网理念相合,能够解决能源互联网中的信任问题。区块链中数据是透明公开的(比如比特币),以保证数据的可追溯性。因此,保存在区块链中的数据容易泄露用户隐私。电力区块链中保存的是用户实时的用电行为数据,更是与用户的隐私更加息息相关。鉴于此,本文选取能源互联网下的接入了多分布式电源的配电网环境,提出了基于智能合约的配电网区块链竞价交易机制。此外,将去中心化思想引入电网用户实时用电数据采集与存储中,应用区块链保存智能电表采集的用户实时用电数据,设计了基于智能合约的电力区块链,并针对其中隐私泄露问题,提出了基于加法同态加密的隐私保护方案。本文分析了配电网分布式电力交易的特点,将去中心化的思想引入到电力交易中,提出了基于智能合约的配电网区块链竞价交易方案,并从区块链的角度详细介绍了方案的流程。采用集中竞价机制,构建了配电网电力交易智能合约,并且考虑了多分布式电源并网时的潮流影响,通过安全校核和阻塞管理保证配电网的稳定。最后,分析了方案的效率和优势,设计了IEEE33节点配电系统竞价交易智能合约作为算例,并将其发布到以太坊私有链上,证明了该方案的可行性。与Visual Studio 2017环境下的测试数据对比,证明了该方案的正确性。本文分析了电网中用户实时用电数据采集与存储的中心化结构的弊端,引入中心化思想,构建了基于智能合约的电力区块链用于保存用户实时用电数据以及完成电费结算等功能。电力区块链中,数据的透明性使得用户隐私受到威胁。因此,提出了基于加法同态加密的电力区块链隐私保护方案。从用户身份隐私和数据隐私两个角度出发,方案设计了双重账户结构保护用户身份隐私安全,同时用加法同态加密算法加密用户实时电量保护用户数据隐私安全。此外,针对BGN类同态加密算法中矩阵运算存储空间消耗大的问题,通过将矩阵运算改为向量运算,设计了一种效率更高、消耗空间较少的加法同态加密算法,并通过理论分析证明了该算法的安全性和加法同态性。利用该算法,实现对用户实时用电数据的加密存储,同时实现电费结算等功能。最后,通过与区块链中的其他隐私保护方案对比分析,证明了本方案在电力区块链中的优势。
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