一种智能电网中基于多维数据高效数据聚合方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种信息安全技术领域的聚合方法，具体设及一种智能电网中基于多 维数据高效数据聚合方法。
【背景技术】
[0002] 与传统电网相比，智能电网具有双向通信、分布式电力生产、动态价格W及负载控 制等功能。而数据聚合是智能电网中一项最基本的应用，包括负载分析，能源监控，W及在 配电，输电等等。由于考察因素不相同，数据也会存在很多维度。因此，多维数据的聚合在智 能电网中的用途也十分广泛。智能电网作为下一代的电力网络，能够利用用户实时用电信 息对电网运行状态进行有效监控和预测，但是运些实时用户用电信息将会泄漏用户的隐 私。数据聚合是智能电网中一项最基本的应用，传统的数据聚合都是针对一维数据，而针对 多维数据的聚合，需要重复执行多次，效率低下。
【发明内容】
[0003] 为解决上述现有技术中的不足，本发明的目的是提供一种基于多维数据的安全聚 合方法，该方法解决了大量隐私数据聚合的问题，并提出了高效的隐私数据聚合协议。降低 了数据聚合的复杂度，节省了时间，同时可操作性很强，实现起来很容易。
[0004] 本发明的目的是采用下述技术方案实现的：
[0005] 本发明提供一种智能电网中基于多维数据高效数据聚合方法，其改进之处在于， 所述方法包括下述步骤：
[0006] (1)设有η个用户，每个用户的数据为1维，即用户m的数据为Xi=(xii，xi2,...， Xii)，设 |xij| <d，i = l，2,. . .，n; j = l，2, . . .，l;n> 3;Xii，Xi2,. . .，Xii 分别表示用户 Ui 的数 据的每一个分量，XU表示第i个用户的第j个分量，d表示每个分量的最大值;用户ui为η个用 户其中的一个
[0007] (2)聚合器选择一个大素数Ρ和Ζρ的一个生成元gW及一个超速递增向量之，并发送 给所有用户；
[000引（3)聚合器对数据p(p-l)随机不均匀的分成η份，分别为^，。，^，…，。，则
并将ri发送给用户m;r功分成的第i个随机数；
[0009] (4)用户Ui收到。后，与自身的隐私数据（xii，xi2, . . .，xii)作如下计算：
Cl表示数据处理后的密文，1表示每个用户的数据为1维；
[0010] (5)用户m计算出自己Cl后，由第一位用户将自己的密文传递给第二位用户，第二 位用户收到数据后，与第二位用户的C2相加并模，依次类推，直到最后一位用户将计算结果 S发送给聚合器；
[0011] (6)聚合器收到结果S后，可得
接下来执行恢复聚合算 法来恢复每一个维度的聚合数据值；
[0012] (7)聚合器根据恢复聚合算法计算得到数据(Di，化，…，化），并将数据(Di，化，…， Di)发送给每个用户，化，〇2，一，化分别为每一个分量的聚合结果。
[OOU]进一步地，所述步骤(2)中，超速递增向量；=知：=1，化,...，巧)，曰2,...，曰1是素数，且 满盾
将p，g，a = (a, =1，斯巧)发送给每个用户；其中aj为 超速递增向量的第j个分量，η表示η个用户。
[0014] 进一步地，所述步骤(5)包括:每位用户计算出自己的Cl后，作如下操作：用户m将 Cl发送给用户U2，用户U2收到数据Cl后，与自己的C2相加并模modp，并将计算结果发送给用户 U3,用户U3将收到的数据与自己的C3相加并模mcxlp，并将计算结果发送给用户U4,如此进行 下去，直到最后一位用户Un收到用户化-1发过来的数据后，与自己的Cn相加并模modp,将所得 的计算结果S发送给聚合器，其中：
[0015]
[0016] 其中:η表示η个用户；1表示每个用户的数据为1维；
[0017] 进一步地，所述步骤(6)的恢复聚合算法包括：
[001引输入超速递增向量α = (Α =1，":，...，",）和计算结果Μ;
[0019]输出数据(Di,〇2,...,01):
[0020]设Xi=M，Xi是算法的过程变量：
[0025]返回数据(Di，D2，...，Di);
[0026] 其中:Di，D2，…，Di分别为每一个分量的聚合结果。
[0027] 与最接近的现有技术相比，本发明提供的技术方案具有的优异效果是：
[0028] (1)相对于对每一维的数据进行分别聚合，该方案省去了大量的通信开销，每一位 用户只需自己先将数据进行预处理后，再将该数据发送给下一位，等到聚合器收到用户计 算后的数据之后，再利用Rongxing Lu算法来回复各维的数据聚合结果，并将结果发送给各 个用户，在整个过程中，用户只需要进行两次通信即可，相比于对每一维的数据进行聚合， 减少了通行开销。
[0029] (2)相对于利用同态加密进行的数据聚合，该方案利用欧拉定理，效率更高，且在 数据聚合结果的恢复过程中，省去了解密的过程，能提高数据的聚合效率，避免了同态加密 的计算复杂性，能保证数据的安全。
【附图说明】
[0030] 图1是本发明提供的基于多维数据的安全聚合方法的流程图。
【具体实施方式】
[0031] 下面结合附图对本发明的【具体实施方式】作进一步的详细说明。
[0032] W下描述和附图充分地示出本发明的具体实施方案，W使本领域的技术人员能够 实践它们。其他实施方案可W包括结构的、逻辑的、电气的、过程的W及其他的改变。实施例 仅代表可能的变化。除非明确要求，否则单独的组件和功能是可选的，并且操作的顺序可W 变化。一些实施方案的部分和特征可W被包括在或替换其他实施方案的部分和特征。本发 明的实施方案的范围包括权利要求书的整个范围，W及权利要求书的所有可获得的等同 物。在本文中，本发明的运些实施方案可W被单独地或总地用术语"发明"来表示，运仅仅是 为了方便，并且如果事实上公开了超过一个的发明，不是要自动地限制该应用的范围为任 何单个发明或发明构思。
[0033] 本发明提供一种基于多维数据的高效聚合方法。首先将多维数据转化为一维数 据，并利用左右相邻节点来加密消息，消息解密之后，用Rongxing Lu提出来的数据恢复算 法来将数据恢复成多维。因此只需要聚合一次，从而可W提高数据聚合的效率，该方法的流 程图如图1所示，包括下述步骤：
[0034] (1)设有η个用户，每个用户的数据为1维，即用户m(用户m为η个用户其中的一个） 的数据为 Xi=(xii，xi2, . . .，xii)，设 |xij| <d，i = l，2, . . .，η; j = l，2, . . .，1;η> 3;(xii, χι2,. ..，χι?分别表示用户m的数据的每一个分量，XU表示第i个用户的第j个分量，d表示每 个分量的最大值）
[0035] (2)聚合器选择一个大素数P和Zp的一个生成元gW及一个超速递增向量云，并发送 给所有用户；超速递增向量； = (〇) =1，.％，...，A)，曰2,...，曰1是素数，且满足
将p，g，α = (ι3ι =1,0：。,..,,《/)发送给每个用户;η表不η个用户。
[0036] (3)聚合器对数据p(p-l)随机不均匀的分成η份，分别为rl，r2，r3，…，rn，则
并将ri(分成的第i个随机数)发送给用户m;
[0037] (4)用户ui收到。后，与自身的隐私数据（xii，xi2, . . .，xii)作如下计算：
(Cl表示数据处理后的密文），1表示每个用户的数据为1 维；
[0038] (5)用户m计算出自己C