一种智能电网中隐私兼容的数据收集和支付方法与流程

本发明属于数据安全技术领域，具体涉及一种智能电网中隐私兼容的数据收集和支付方法。

背景技术：

智能电网是将传统电网与现代信息技术相结合的更高效、更强大的电网系统，电力供应商可以通过用户端智能电表的反馈数据，提高效率，降低能耗和成本，并最大限度地提高能源供应链的透明度和可靠性。智能电表的使用能更有效的监控用户行为的详细信息，却也引起了对用户隐私的担忧。

供电平台为了尽可能的降低能耗与成本，需要获得用户每一周期的电量需求。随之而来的问题是用户的隐私是否会因此泄漏、又如何在保护用户隐私的前提下达到供电平台期望获得的准确率的数据以及在用户、可信任第三方平台和供电平台的数据费用又要如何支付与分配。本发明公开了一种在智能电表中完善的数据收集发布与支付方案，能够很好的解决上面的问题。

技术实现要素：

本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种智能电网中隐私保护的数据收集和支付方法。该方法采取了差分隐私保护机制保护用户隐私，并且形成了完善的数据收集发布与费用支付流程，能够在保护用户隐私的同时满足iso(independentsystemoperator)平台对数据质量的需求，并且合理公平的支付与分配费用。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种智能电网中隐私兼容的数据收集和支付方法，包括以下步骤：

步骤1:每一周期开始前，用户i通过智能电表将下一周期的电量需求di发送给可信任的第三方平台，第三方平台收集用户发送的数据d1，d2,…,di,…,dn，其中i＝1,2,…,i,…,n；

步骤2:iso平台提出对用户i的数据准确率的要求为αi，并将提出的对每个用户的数据准确率要求α1,α2…αi…αn发送给可信任的第三方平台，购买用户下一周期的需求数据；

步骤3:可信任的第三方平台根据iso平台提出的数据准确率要求，计算需要向每个用户加入的噪声量，并将每个用户加噪后的数据发送给iso平台；

步骤4:iso平台按照与数据准确率要求成正比的关系向可信任的第三方平台支付数据费用；

步骤5:可信任的第三方平台按照与每个用户数据加入的噪声量成反比的关系将iso平台支付的数据费用补偿给每个用户作为隐私补偿。

本发明的技术方案主要包括两个部分，一个是为了保护用户的隐私同时满足iso平台要求的数据准确率，我们使用差分隐私保护机制，iso平台将自己的准确率要求发送给可信任的第三方平台，可信任的第三方平台计算在差分隐私保护机制中为了满足iso平台要求的数据准确率而需要加入的符合拉普拉斯噪声的最大值，将加噪后的数据发送给iso平台；另一个部分是数据费用部分，在这一部分包含iso平台支付的费用与分配给每个用户的隐私补偿费用，保证iso平台支付的费用与要求的数据准确率成正比，准确率越高，费用越多，并将iso平台支付的费用按与每个用户数据加入的噪声量成反比的关系将iso平台支付的费用补偿给用户，即加入的噪声越多，获得的补偿越少。

优选地，步骤3进一步包括以下步骤：

步骤3-1:计算在差分隐私机制中为获得要求准确率的数据所需要向每个用户加入的噪声强度，表示为lap(bi)，其中，lap(.)表示加入的噪声服从拉普拉斯分布，bi表示衡量加入到用户i数据噪声大小的比例参数；

步骤3-2:可信任的第三方平台将加噪后的数据发送给iso平台。

优选地，步骤3-1进一步包括以下步骤：

步骤3-1-1:第三方平台收到iso平台提出的对用户i的数据准确率要求αi后，计算iso平台能都接受的用户i的最大误差ei，ei＝di·(1-αi)，然后，第三方平台向用户i加入均值为0，方差为2nbi²，并且服从拉普拉斯分布的噪声n为每个月用户一共发送数据的次数，是个较大的常量，bi是比例参数；

步骤3-1-2:为了使得数据误差能最大程度地满足iso平台的要求，需要误差范围处于[-ei,-ei]区间内的概率很大，将误差范围处于[-ei,-ei]区间内的概率设为ph，即再根据正态分布的密度函数求出方差由得出第三方平台可以向用户i加入的拉普拉斯噪声幅度其中，bi＝δf/∈i，得出δf为所述差分隐私保护机制的全局敏感度，在本场景中为收集到的需求数据中的的最大值，即max(d1，d2，...，di，...，dn)，∈i为隐私保护预算，∈i越小，加入的拉普拉斯噪声越大，隐私保护级别越高，加入的噪声表示为lap(bi)，即

优选地，步骤3-2进一步表示为：可信任的第三方平台将加噪后的数据发送给iso平台。

优选地，步骤4中，iso平台按照费用函数向可信任的第三方平台支付数据费用，即数据准确率要求越高，支付的费用越高，其中a，b为给定常数。

优选地，步骤5中，每个用户获得的隐私补偿为可信任的第三方平台收到iso平台支付的的费用后，按照与每个用户数据加入的噪声量成反比的关系将iso平台支付的费用补偿给每个用户，即向用户中加入噪声占总噪声的比例越少，补偿越多。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：1)本发明提出了一种智能电网中隐私兼容的数据收集和支付方法，在数据发布时，应用差分隐私保护机制来保护用户隐私的同时又能满足iso对数据质量的要求，在用户与iso之间加入一个可信任的第三方平台来收集用户的数据并且发布数据；2)本发明在支付费用方面，iso向第三方平台支付的费用按数据准确率为标准，较高的准确率意味着较高的费用；在用户的隐私补偿费用方面，按加入的噪声比例来分配，向用户中加入噪声占总噪声的比例越少，补偿越多，本发明的这种费用支付与分配方式更加合理与公平。

附图说明

图1为本发明的一种智能电网中隐私兼容的数据收集与支付方法的框架示意图；

图2为本发明方法中计算差分隐私保护机制中用户所加噪声的流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明中的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动条件下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，首先一个可信任的第三方平台收集由智能电表发送的用户的下一周期的用电需求，接着iso将自己对每个用户的准确率要求αi发送给第三方平台，第三方平台计算在差分隐私保护机制中为了满足iso要求的数据准确率而需要加入的符合拉普拉斯噪声的最大值将加噪后的数据发送给iso。iso支付的费用与要求的数据准确率成正比，将iso支付的费用按与每个用户数据加入的噪声量成反比的关系将iso支付的费用补偿给用户。

具体的运作流程如下：

步骤1:为了降低成本与能耗，iso需要获得每一周期用户的需求电量。在t时刻，也就是每一用电周期开始前，用户i通过智能电表将下一周期的用电需求量di发送给可信任的第三方平台。设共有n个用户，第三方平台将收到用户的数据d1，d2,…,di,…,dn。其中i＝1,2,…,i,…,n。

步骤2:iso对用户i的数据准确率的要求为αi，iso将对每个用户的准确率要求α1,α2…αi…αn发送给第三方平台，购买用户下一周期的需求数据。

步骤3：可信任的第三方平台根据iso平台提出的数据准确率要求，计算需要向每个用户加入的噪声量，并将每个用户加噪后的数据发送给iso平台。

步骤3进一步包括：

步骤3-1:如图2所示，根据正态分布的密度函数计算在差分隐私机制中为获得要求准确率的数据所需要向每个用户加入的噪声强度。

步骤3-1-1:第三方平台收到iso对用户i的准确率要求αi后，计算iso能都接受的用户i的最大误差ei，ei＝di·(1-αi)。第三方平台向用户i加入均值为0，方差为2nbi²，并且服从拉普拉斯分布的噪声n为每个月用户一共发送数据的次数，是个较大的常量，bi是比例参数。

步骤3-1-2:为了使得数据误差能最大程度地满足iso平台的要求，需要误差范围处于[-ei,-ei]区间内的概率很大，将误差范围处于[-ei,-ei]区间内的概率设为ph，即优选地，可以设定再根据正态分布的密度函数的表达式(例如)，求出方差由得出第三方平台可以向用户i加入的拉普拉斯噪声幅度又bi＝δf/∈i，得出δf为该差分隐私保护机制的全局敏感度，在本场景中为收集到的需求量中的的最大值，即max(d1，d2，...，di，...，dn)。∈i为隐私保护预算，∈i越小，加入的拉普拉斯噪声越大，隐私保护级别越高。加入的噪声表示为lap(bi)，即

步骤3-2:可信任的第三方平台将加噪后的数据发送给iso平台。

步骤4：iso根据与提出的数据准确率成正比的关系向第三方平台支付数据费用。按照费用函数向第三方平台支付数据费用，即准确度越高，支付的费用越高，其中a，b为给定常数。

步骤5：第三方平台收到iso支付的的费用后，按与每个用户数据加入的噪声量成反比的关系将iso支付的费用补偿给每个用户，即向用户中加入噪声占总噪声的比例越少，补偿越多。每个用户获得的补偿为

本发明公开了一种智能电网中隐私兼容的数据收集和支付方法，包括首先由一个可信任的第三方平台收集由智能电表发送的用户的下一周期的用电需求；接着iso(independentsystemoperator)平台向第三方平台提出所需要的数据的准确率，并按照与数据准确率成正比的关系向第三方平台支付一定费用；其次第三方平台按照iso提出的准确率计算在差分隐私保护机制中所需要向用户加入的噪声量，再将加噪后的数据发布给iso，并将iso支付的费用按与每个用户数据加入的噪声量成反比的关系将iso支付的费用补偿给用户。本发明采取了差分隐私保护机制保护用户隐私，并且形成了完善的数据收集发布与费用支付流程。本发明能够在保护用户隐私的同时满足iso对数据质量的需求，并且合理公平的支付与分配费用。

本发明中所涉及的各符号及其含义描述详见表1。

表1

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。