一种基于多重安全的电力设备智能大数据处理装置的制造方法
【专利摘要】一种基于多重安全的电力设备智能大数据处理装置，包括电力设备数据采集单元，用于对电力设备的状态参数进行采集；远程调度中心，用于接收由所述电力设备数据采集单元采集到的电力设备状态参数，对数据进行统一格式转换，并将转换后的信息格式定义为统一通信格式；所述远程调度中心还包括数据储存和恢复单元，用于向专用云服务器提供数据储存和恢复功能，同时提供人机交换端口；专用云服务器，包括计算云服务器和储存云服务器，所述计算云服务器为数据处理提供计算支撑，储存云服务器用于储存远程调度中心传送来的数据；防火墙设备，连接在远程调度中心与专用云服务器之间，远程调度中心的数据经过防火墙设备后才能进入专用云服务器。
【专利说明】
一种基于多重安全的电力设备智能大数据处理装置
技术领域
[0001] 本发明涉及电力设备领域，具体涉及一种基于多重安全的电力设备智能大数据处 理装置。
【背景技术】
[0002] 电力设备状态的运行监测是电力系统最重要的日常监测项目，在大数据和云计算 越来越来多应用在各个领域的今天，利用云计算的强大功能来实现数量众多的电力设备状 态参数已经成为一种趋势。但是电力设备作为关系到民生用电的重要设备，如何在实现云 计算处理数据的同时，又能保证数据的安全，是一个有待解决的问题。
【发明内容】
[0003] 针对上述问题，本发明提供一种基于多重安全的电力设备智能大数据处理装置。
[0004] 本发明的目的采用以下技术方案来实现：
[0005] -种基于多重安全的电力设备智能大数据处理装置，包括电力设备数据采集单 元，用于对电力设备的状态参数进行采集，所述状态参数包括变压器高低侧开关状态、变压 器自身状态参数、断路器及隔离刀闸状态参数；
[0006] 远程调度中心，用于接收由所述电力设备数据采集单元采集到的电力设备状态参 数，对数据进行统一格式转换，并将转换后的信息格式定义为统一通信格式;所述远程调度 中心还包括数据储存和恢复单元，用于向专用云服务器提供数据储存和恢复功能，同时提 供人机交换端口；
[0007] 专用云服务器，包括计算云服务器和储存云服务器，所述计算云服务器为数据处 理提供计算支撑，所述储存云服务器用于储存远程调度中心传送来的数据；
[0008] 防火墙设备，连接在远程调度中心与专用云服务器之间，远程调度中心的数据经 过防火墙设备后才能进入专用云服务器。
[0009] 本电力设备智能大数据处理装置的有益效果为：
[0010] 设计了独特的远程调度中心，该远程调度中心通过防火墙与云服务器互通，任何 非法用户想要获得电力设备数据的难度大大提高，保证了设备的安全。
【附图说明】
[0011] 利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限 制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得 其它的附图。
[0012] 图1是一种基于多重安全的电力设备智能大数据处理装置的结构框图；
[0013] 图2是数据储存和恢复单元的结构框图。
[0014] 附图标记：电力设备数据采集单元-1;远程调度中心-2;防火墙设备-3;专用云服 务器-4;射频读写器-5;数据1C卡-6 ;数据预处理模块-21;数据存储模块-22;数据恢复模 块-23;数据评估模块-24;数据分割子模块-221;数据加密子模块-222;云存储子模块223分 级匹配子模块-231;匹配容错子模块-232。
【具体实施方式】
[0015] 结合以下实施例对本发明作进一步描述。
[0016] 应用场景1:
[0017]如图1所示的一种基于多重安全的电力设备智能大数据处理装置，包括电力设备 数据采集单元1，用于对电力设备的状态参数进行采集，所述状态参数包括变压器高低侧开 关状态、变压器自身状态参数、断路器及隔离刀闸状态参数等。
[0018]远程调度中心2,用于接收由所述电力设备数据采集单元1采集到的电力设备状态 参数，对数据进行统一格式转换，并将转换后的信息格式定义为统一通信格式;所述远程调 度中心2还包括数据储存和恢复单元，用于向专用云服务器提供数据储存和恢复功能，同时 提供人机交换端口。
[0019]专用云服务器4,包括计算云服务器和储存云服务器，所述计算云服务器为数据处 理提供计算支撑，所述储存云服务器用于储存远程调度中心2传送来的数据。
[0020] 防火墙设备3,连接在远程调度中心2与专用云服务器4之间，远程调度中心2的数 据经过防火墙设备3后才能进入专用云服务器4。
[0021] 本发明设计了独特的远程调度中心，该远程调度中心通过防火墙与云服务器互 通，任何非法用户想要获得电力设备数据的难度大大提高，保证了设备的安全。
[0022] 优选地，所述数据采集单元包括终端接口，其中所述终端接口与电力系统中待监 控的电力设备相连接，采集所述电力设备的数据信息，所述电力设备至少包括:发电机、变 电所、输电线、配电系统及用电设备中的一种或几种。
[0023] 优选地，所述电力设备上设置有数据1C卡6,所述终端接口为射频读写器5,所述射 频读写器5通过射频电磁波联系数据1C卡6,同时通过无线网络将数据传送至远程调度中心 2〇
[0024]优选地，如图2所示，所述数据储存和恢复单元包括数据预处理模块21、数据存储 模块22、数据恢复模块23和数据评估模块24:
[0025] (1)数据预处理模块21，用于对所述电力设备数据采集单元1采集到的大规模数据 进行分类，其具体执行以下操作:通过K-means聚类对数据进行分类，以聚类中心为名称为 每一分类建立目录，重复以上分类过程，将数据进行细分，形成分类下的子分类，并形成数 据的多级目录。
[0026] (2)数据存储模块22,包括数据分割子模块221、数据加密子模块222和云存储子模 块223:
[0027] a、数据分割子模块221，用于对存储的数据进行分割，其具体执行以下操作：
[0028] 当需要存储数据r时，首先在远程调度中心把数据r分割成长度均为h的n部分n， r2,…，rn，然后在有限域Zp中将每个ri分别分割成n个子块ri,i，rw_ri,n，其中p>2 h，贝lj对于 第j个子块ri,j = ri ? (ri,i ? ? ri,j-irVodp，其中mod代表求余运算符；
[0029] 将{ri,i ? ? ri,n-i}设成是初始的分块集，映射到集合{pi，p2"_pn}构建线性相 关关系，用下式表示线性方程组：
[0030] aiiri，i+ai2ri，2+.._+ainri，n = Ci，l
[0031 ] aiir2, i+ai2r2,2+.._+ainr2, n = ci，2
[0032] ……
[0033] aiirn，l+ai2rn，2+."+ainrn，n = Ci，n
[0034]其中aij是从有限域Zp中任意选取的，以此类推得出C2，l，C2,2，…，C2，n，…，cn，l， *^11 ^ 1 -p C.l 1 … Cn,2,…，Cn,n，用矩阵的形式表现出其相关关系，令：…：,C= ^…：， Anl ^nn- -(nl cn.n. 卞1,1 … rnfl R=; …：，则上述线性方程组表示为AXR = C; L/l,n rnnl
[0035] 对矩阵R按下式进行二次混合得到新的矩阵C' ：AXRXA = C'。
[0036] b、数据加密子模块222,用于对存储的数据进行加密以提高数据的安全性，其具体 执行以下操作：
[0037] 调用密匙生成函数，根据每个的值以及用户输入的安全参数M直，输出解密密匙 对{KE，KD }，并将加密密匙KE与计算云服务器Hi共享，将解密密匙KD存储在远程调度中心。 [0038] 通过计算云服务器向伪随机序列生成器输入a^，生成与-一对应的标识Ta glJ， 同时调用同态加密函数，输入加密密匙及每个aij所对应的数据值Vij，生成密文Zij，容易知 Tagij和Cij均为n X n矩阵，分别记为Tag和Z矩阵；用Tag矩阵按下式对C '进行一次混合加密 得到C": Tag X C ' = C";然后用Z矩阵按下式对C"进行二次混合加密得到C"： C"X Z = C"；任 意随机产生B个虚拟向量，其中B多2n，随机地将该虚拟向量安排入C"'中，得到一个NiXN2的 矩阵Q，其中 NjPN2均大于n，所述虚拟向量用于掩饰真实的n值，进一步加强了数据的安全 性。在此实施例中，mindfe)多n+1，得到的矩阵Q的行数或者列数至少比n值大1，称为提高 了 1个安全等级。
[0039] c、云存储子模块223,用于将加密后的数据上传到储存云服务器进行存储，将得到 的A、C、C '、C "、C " '、Q、Tag、Z、由C "'得到矩阵Q时的具体随机路径以及所述虚拟向量上传到 储存云服务器。
[0040] (3)数据恢复模块23,用于根据用户的请求将储存数据的恢复和取出，其包括分级 匹配子模块231和匹配容错子模块232,这里所指的用户包括合法用户和非法用户：
[0041] a、分级匹配子模块231，其具体执行以下操作：
[0042] 用户通过远程调度中心发出请求需要恢复数据r，从储存服务器中调出矩阵Q、生 成矩阵Q时的随机路径和虚拟向量，按照该随机路径逆向剔除虚拟向量后得到矩阵C"' 1;
[0043] 将与从储存服务器中调出的C"'比较，如果不匹配则报错，如果匹配则进入下 一步；
[0044] 将按照预先编写好的逆向函数以及从储存服务器中调出的矩阵Z和矩阵Tag 分别得出C5和CS，并分别与C "和C'比较，任一步骤不匹配均报错，匹配成功后进入下一步；
[0045] 调出矩阵A，一方面根据矩阵A的可逆性按照RiAiCTA-1得到储存数据r，另一方面 将A用预先编好的解密函数解密，得到解密密匙K D'，KD '与存储在远程调度中心的解密密匙 Kd进行比较，如果KD '与存储在远程调度中心的解密密匙KD相匹配，则云服务器向用户发送 得到的储存数据r，这样就恢复了数据r;
[0046] b、匹配容错子模块232:
[0047]如果Kd'与Kd无法匹配则报错并且将得到的数据r在设定的时间t内作保存，如果在 时间t内用户重新匹配上密匙，则直接将数据r发送给用户，否则丢失该数据r。
[0048] (4)数据评估模块24,对数据预处理模块21中的数据分类过程、数据存储模块22中 的数据分割和加密过程、数据恢复模块23中的分级匹配过程进行监督和评价，为后续的改 进提供数据支持。
[0049]在此实施例的电力设备智能大数据处理装置中，（1)设置数据预处理模块21对大 规模数据进行分类，能够有效提高计算效率，减少时间成本；
[0050] (2)先对数据平均分割，再对每个子块进行分割，由于C中任意元素的值不仅与R中 第j列有关，也与R中其它的列有关，关联性强，而且将伪随机函数和同态加密机制有机地结 合在矩阵加密中，窃取者想要获得数据r的完整信息，不光要对密匙和随机函数进行破解， 而且必须获得矩阵中每一个元素的值，才能恢复处全部信息；
[0051] (3)将随机产生的虚拟向量随机地安排到矩阵C"'中，能有效掩饰真实的n值，这进 一步提高了破译的难度，这对于均分分割的方案来说是尤为重要的，min^Ns)多n+1，得到 的矩阵Q的行数或者列数至少比n值大1，提高了 1个安全等级；
[0052] (4)恢复数据过程中每一个步均与储存的数据进行比较，降低了容错率;一次数据 恢复失败后，并不立即丢失恢复出来的数据，而是采取暂存的方式，降低了系统的计算强 度。
[0053] 应用场景2:
[0054]如图1所示的一种基于多重安全的电力设备智能大数据处理装置，包括电力设备 数据采集单元1，用于对电力设备的状态参数进行采集，所述状态参数包括变压器高低侧开 关状态、变压器自身状态参数、断路器及隔离刀闸状态参数等。
[0055]远程调度中心2,用于接收由所述电力设备数据采集单元1采集到的电力设备状态 参数，对数据进行统一格式转换，并将转换后的信息格式定义为统一通信格式;所述远程调 度中心2还包括数据储存和恢复单元，用于向专用云服务器提供数据储存和恢复功能，同时 提供人机交换端口。
[0056]专用云服务器4,包括计算云服务器和储存云服务器，所述计算云服务器为数据处 理提供计算支撑，所述储存云服务器用于储存远程调度中心2传送来的数据。
[0057]防火墙设备3,连接在远程调度中心2与专用云服务器4之间，远程调度中心2的数 据经过防火墙设备3后才能进入专用云服务器4。
[0058] 本发明设计了独特的远程调度中心，该远程调度中心通过防火墙与云服务器互 通，任何非法用户想要获得电力设备数据的难度大大提高，保证了设备的安全。
[0059] 优选地，所述数据采集单元包括终端接口，其中所述终端接口与电力系统中待监 控的电力设备相连接，采集所述电力设备的数据信息，所述电力设备至少包括:发电机、变 电所、输电线、配电系统及用电设备中的一种或几种。
[0060] 优选地，所述电力设备上设置有数据1C卡6,所述终端接口为射频读写器5,所述射 频读写器5通过射频电磁波联系数据1C卡6,同时通过无线网络将数据传送至远程调度中心 2〇
[0061 ]优选地，如图2所示，所述数据储存和恢复单元包括数据预处理模块21、数据存储 模块22、数据恢复模块23和数据评估模块24:
[0062] (1)数据预处理模块21，用于对所述电力设备数据采集单元1采集到的大规模数据 进行分类，其具体执行以下操作:通过K-means聚类对数据进行分类，以聚类中心为名称为 每一分类建立目录，重复以上分类过程，将数据进行细分，形成分类下的子分类，并形成数 据的多级目录。
[0063] (2)数据存储模块22,包括数据分割子模块221、数据加密子模块222和云存储子模 块223:
[0064] a、数据分割子模块221，用于对存储的数据进行分割，其具体执行以下操作：
[0065] 当需要存储数据r时，首先在远程调度中心把数据r分割成长度均为h的n部分n， r2,…，rn，然后在有限域Zp中将每个ri分别分割成n个子块ri,i，rw_ri,n，其中p>2 h，贝lj对于 第j个子块ri,j = ri ? (ri,i ? rw_ ? ri,j-irVodp，其中mod代表求余运算符；
[0066] 将{ri,i ? rw_ ? ri,n-i}设成是初始的分块集，映射到集合{pi，p2"_pn}构建线性相 关关系，用下式表示线性方程组：
[0067] aiiri,i+ai2ri,2+---+ainri,n = Ci,i
[0068] aiir2,i+ai2r2,2+---+ainr2,n = Ci,2
[0069] ……
[0070] aiirn, l+ai2rn, 2+."+ainrn, n = Ci, n
[0071 ]其中aij是从有限域Zp中任意选取的，以此类推得出C2,l , C2,2 , ??? , C2,n, ??? , Cn,l , "%i …r^ii Cn,2,…，Cn,n，用矩阵的形式表现出其相关关系，令： - = ，： 〇丨-：， 红打1 ….C7il ^n,n. 厂1，.1 ^ 71.1 丨《二? …；，则上述线性方程组表示为AXR = C; Xl,n ^nn.
[0072] 对矩阵R按下式进行二次混合得到新的矩阵C' ：AXRXA = C'。
[0073] b、数据加密子模块222,用于对存储的数据进行加密以提高数据的安全性，其具体 执行以下操作：
[0074] 调用密匙生成函数，根据每个的值以及用户输入的安全参数M直，输出解密密匙 对{KE，KD }，并将加密密匙KE与计算云服务器Hi共享，将解密密匙KD存储在远程调度中心。 [0075] 通过计算云服务器向伪随机序列生成器输入a^，生成与-一对应的标识Ta glJ， 同时调用同态加密函数，输入加密密匙及每个aij所对应的数据值Vij，生成密文Zij，容易知 Tagij和Cij均为n X n矩阵，分别记为Tag和Z矩阵；用Tag矩阵按下式对C '进行一次混合加密 得到C": Tag X C ' = C";然后用Z矩阵按下式对C"进行二次混合加密得到C"： C"X Z = C"；任 意随机产生B个虚拟向量，其中B多2n，随机地将该虚拟向量安排入C"'中，得到一个NiXN2的 矩阵Q，其中 NjPN2均大于n，所述虚拟向量用于掩饰真实的n值，进一步加强了数据的安全 性。在此实施例中，mindfe)多n+2,得到的矩阵Q的行数或者列数至少比n值大2,称为提高 了 2个安全等级。
[0076] c、云存储子模块223,用于将加密后的数据上传到储存云服务器进行存储，将得到 的A、C、C '、C "、C " '、Q、Tag、Z、由C "'得到矩阵Q时的具体随机路径以及所述虚拟向量上传到 储存云服务器。
[0077] (3)数据恢复模块23,用于根据用户的请求将储存数据的恢复和取出，其包括分级 匹配子模块231和匹配容错子模块232,这里所指的用户包括合法用户和非法用户：
[0078] a、分级匹配子模块231，其具体执行以下操作：
[0079] 用户通过远程调度中心发出请求需要恢复数据r，从储存服务器中调出矩阵Q、生 成矩阵Q时的随机路径和虚拟向量，按照该随机路径逆向剔除虚拟向量后得到矩阵C"' 1;
[0080] 将与从储存服务器中调出的C"'比较，如果不匹配则报错，如果匹配则进入下 一步；
[0081] 将按照预先编写好的逆向函数以及从储存服务器中调出的矩阵Z和矩阵Tag 分别得出C5和CS，并分别与C "和C'比较，任一步骤不匹配均报错，匹配成功后进入下一步；
[0082] 调出矩阵A，一方面根据矩阵A的可逆性按照RiAicTA-1得到储存数据r，另一方面 将A用预先编好的解密函数解密，得到解密密匙Kd'，Kd '与存储在远程调度中心的解密密匙 Kd进行比较，如果Kd '与存储在远程调度中心的解密密匙Kd相匹配，则云服务器向用户发送 得到的储存数据r，这样就恢复了数据r;
[0083] b、匹配容错子模块232:
[0084]如果Kd'与Kd无法匹配则报错并且将得到的数据r在设定的时间t内作保存，如果在 时间t内用户重新匹配上密匙，则直接将数据r发送给用户，否则丢失该数据r。
[0085] (4)数据评估模块24,对数据预处理模块21中的数据分类过程、数据存储模块22中 的数据分割和加密过程、数据恢复模块23中的分级匹配过程进行监督和评价，为后续的改 进提供数据支持。
[0086]在此实施例的电力设备智能大数据处理装置中，（1)设置数据预处理模块21对大 规模数据进行分类，能够有效提高计算效率，减少时间成本；
[0087] (2)先对数据平均分割，再对每个子块进行分割，由于C中任意元素的值不仅与R中 第j列有关，也与R中其它的列有关，关联性强，而且将伪随机函数和同态加密机制有机地结 合在矩阵加密中，窃取者想要获得数据r的完整信息，不光要对密匙和随机函数进行破解， 而且必须获得矩阵中每一个元素的值，才能恢复处全部信息；
[0088] (3)将随机产生的虚拟向量随机地安排到矩阵C"'中，能有效掩饰真实的n值，这进 一步提高了破译的难度，这对于均分分割的方案来说是尤为重要的，mir^N^Ns)多n+2,得到 的矩阵Q的行数或者列数至少比n值大2,提高了 2个安全等级；
[0089] (4)恢复数据过程中每一个步均与储存的数据进行比较，降低了容错率;一次数据 恢复失败后，并不立即丢失恢复出来的数据，而是采取暂存的方式，降低了系统的计算强 度。
[0090] 应用场景3:
[0091]如图1所示的一种基于多重安全的电力设备智能大数据处理装置，包括电力设备 数据采集单元1，用于对电力设备的状态参数进行采集，所述状态参数包括变压器高低侧开 关状态、变压器自身状态参数、断路器及隔离刀闸状态参数等。
[0092]远程调度中心2,用于接收由所述电力设备数据采集单元1采集到的电力设备状态 参数，对数据进行统一格式转换，并将转换后的信息格式定义为统一通信格式;所述远程调 度中心2还包括数据储存和恢复单元，用于向专用云服务器提供数据储存和恢复功能，同时 提供人机交换端口。
[0093]专用云服务器4,包括计算云服务器和储存云服务器，所述计算云服务器为数据处 理提供计算支撑，所述储存云服务器用于储存远程调度中心2传送来的数据。
[0094]防火墙设备3,连接在远程调度中心2与专用云服务器4之间，远程调度中心2的数 据经过防火墙设备3后才能进入专用云服务器4。
[0095] 本发明设计了独特的远程调度中心，该远程调度中心通过防火墙与云服务器互 通，任何非法用户想要获得电力设备数据的难度大大提高，保证了设备的安全。
[0096] 优选地，所述数据采集单元包括终端接口，其中所述终端接口与电力系统中待监 控的电力设备相连接，采集所述电力设备的数据信息，所述电力设备至少包括:发电机、变 电所、输电线、配电系统及用电设备中的一种或几种。
[0097] 优选地，所述电力设备上设置有数据1C卡6,所述终端接口为射频读写器5,所述射 频读写器5通过射频电磁波联系数据1C卡6,同时通过无线网络将数据传送至远程调度中心 2〇
[0098]优选地，如图2所示，所述数据储存和恢复单元包括数据预处理模块21、数据存储 模块22、数据恢复模块23和数据评估模块24:
[0099] (1)数据预处理模块21，用于对所述电力设备数据采集单元1采集到的大规模数据 进行分类，其具体执行以下操作:通过K-means聚类对数据进行分类，以聚类中心为名称为 每一分类建立目录，重复以上分类过程，将数据进行细分，形成分类下的子分类，并形成数 据的多级目录。
[0100] (2)数据存储模块22,包括数据分割子模块221、数据加密子模块222和云存储子模 块223:
[0101] a、数据分割子模块221，用于对存储的数据进行分割，其具体执行以下操作：
[0102] 当需要存储数据r时，首先在远程调度中心把数据r分割成长度均为h的n部分n， r2,…，rn，然后在有限域Zp中将每个ri分别分割成n个子块ri,i，rw_ri,n，其中p>2 h，贝lj对于 第j个子块ri,j = ri ? (ri,i ? rw_ ? ri,j-irVodp，其中mod代表求余运算符；
[0103] 将{ri,i ? ry" ? ri,n-i}设成是初始的分块集，映射到集合{pi，p2"_pn}构建线性相 关关系，用下式表示线性方程组：
[0104] aiiri,i+ai2ri,2+---+ainri,n = Ci,i
[0105] aiir2,i+ai2r2,2+---+ainr2,n = Ci,2
[0106] ……
[01 07] SLilYn, l+ai2rn, a^ ^~cLinTn,n = Ci, n
[0108]其中aij是从有限域Zp中任意选取的，以此类推得出C2,l , C2,2 , ??? , C2,n, ??? , Cn,l , ^11 - Ru … cn，2,…，cn，n，用矩阵的形式表现出其相关关系，令A_ :…：，C=:…：， ^nn. .^ni ^n,,n. ^1,1 厂n」. K=; …：，则上述线性方程组表示为AXR = C; ... y 1/ l,n lnnJ
[0109] 对矩阵R按下式进行二次混合得到新的矩阵C' ：AXRXA = C'。
[0110] b、数据加密子模块222,用于对存储的数据进行加密以提高数据的安全性，其具体 执行以下操作：
[0111]调用密匙生成函数，根据每个的值以及用户输入的安全参数M直，输出解密密匙 对{Ke，Kd }，并将加密密匙Ke与计算云服务器Hi共享，将解密密匙Kd存储在远程调度中心。 [0112]通过计算云服务器向伪随机序列生成器输入aij，生成与aij 对应的标识Tagij， 同时调用同态加密函数，输入加密密匙及每个aij所对应的数据值Vij，生成密文Zij，容易知 Tagij和Cij均为n X n矩阵，分别记为Tag和Z矩阵；用Tag矩阵按下式对C '进行一次混合加密 得到C": Tag X C ' = C";然后用Z矩阵按下式对C"进行二次混合加密得到C"： C"X Z = C"；任 意随机产生B个虚拟向量，其中B多2n，随机地将该虚拟向量安排入C"'中，得到一个NiXN2的 矩阵Q，其中他和犯均大于 n，所述虚拟向量用于掩饰真实的n值，进一步加强了数据的安全 性。在此实施例中，mindfe)多n+3,得到的矩阵Q的行数或者列数至少比n值大3,称为提高 了 3个安全等级。
[0113] c、云存储子模块223,用于将加密后的数据上传到储存云服务器进行存储，将得到 的A、C、C '、C "、C " '、Q、Tag、Z、由C "'得到矩阵Q时的具体随机路径以及所述虚拟向量上传到 储存云服务器。
[0114] (3)数据恢复模块23,用于根据用户的请求将储存数据的恢复和取出，其包括分级 匹配子模块231和匹配容错子模块232,这里所指的用户包括合法用户和非法用户：
[0115] a、分级匹配子模块231，其具体执行以下操作：
[0116] 用户通过远程调度中心发出请求需要恢复数据r，从储存服务器中调出矩阵Q、生 成矩阵Q时的随机路径和虚拟向量，按照该随机路径逆向剔除虚拟向量后得到矩阵C"' 1;
[0117] 将与从储存服务器中调出的C"'比较，如果不匹配则报错，如果匹配则进入下 一步；
[0118] 将按照预先编写好的逆向函数以及从储存服务器中调出的矩阵Z和矩阵Tag 分别得出C5和CS，并分别与C "和C'比较，任一步骤不匹配均报错，匹配成功后进入下一步；
[0119] 调出矩阵A，一方面根据矩阵A的可逆性按照RiA^TA^1得到储存数据r，另一方面 将A用预先编好的解密函数解密，得到解密密匙Kd'，Kd '与存储在远程调度中心的解密密匙 Kd进行比较，如果Kd '与存储在远程调度中心的解密密匙Kd相匹配，则云服务器向用户发送 得到的储存数据r，这样就恢复了数据r;
[0120] b、匹配容错子模块232:
[0121]如果Kd'与Kd无法匹配则报错并且将得到的数据r在设定的时间t内作保存，如果在 时间t内用户重新匹配上密匙，则直接将数据r发送给用户，否则丢失该数据r。
[0122] (4)数据评估模块24,对数据预处理模块21中的数据分类过程、数据存储模块22中 的数据分割和加密过程、数据恢复模块23中的分级匹配过程进行监督和评价，为后续的改 进提供数据支持。
[0123] 在此实施例的电力设备智能大数据处理装置中，（1)设置数据预处理模块21对大 规模数据进行分类，能够有效提高计算效率，减少时间成本；
[0124] (2)先对数据平均分割，再对每个子块进行分割，由于C中任意元素的值不仅与R中 第j列有关，也与R中其它的列有关，关联性强，而且将伪随机函数和同态加密机制有机地结 合在矩阵加密中，窃取者想要获得数据r的完整信息，不光要对密匙和随机函数进行破解， 而且必须获得矩阵中每一个元素的值，才能恢复处全部信息；
[0125] (3)将随机产生的虚拟向量随机地安排到矩阵C"'中，能有效掩饰真实的n值，这进 一步提高了破译的难度，这对于均分分割的方案来说是尤为重要的，mir^N^Ns)多n+3,得到 的矩阵Q的行数或者列数至少比n值大3,提高了 3个安全等级；
[0126] (4)恢复数据过程中每一个步均与储存的数据进行比较，降低了容错率;一次数据 恢复失败后，并不立即丢失恢复出来的数据，而是采取暂存的方式，降低了系统的计算强 度。
[0127]应用场景4:
[0128] 如图1所示的一种基于多重安全的电力设备智能大数据处理装置，包括电力设备 数据采集单元1，用于对电力设备的状态参数进行采集，所述状态参数包括变压器高低侧开 关状态、变压器自身状态参数、断路器及隔离刀闸状态参数等。
[0129] 远程调度中心2,用于接收由所述电力设备数据采集单元1采集到的电力设备状态 参数，对数据进行统一格式转换，并将转换后的信息格式定义为统一通信格式;所述远程调 度中心2还包括数据储存和恢复单元，用于向专用云服务器提供数据储存和恢复功能，同时 提供人机交换端口。
[0130]专用云服务器4,包括计算云服务器和储存云服务器，所述计算云服务器为数据处 理提供计算支撑，所述储存云服务器用于储存远程调度中心2传送来的数据。
[0131]防火墙设备3,连接在远程调度中心2与专用云服务器4之间，远程调度中心2的数 据经过防火墙设备3后才能进入专用云服务器4。
[0132] 本发明设计了独特的远程调度中心，该远程调度中心通过防火墙与云服务器互 通，任何非法用户想要获得电力设备数据的难度大大提高，保证了设备的安全。
[0133] 优选地，所述数据采集单元包括终端接口，其中所述终端接口与电力系统中待监 控的电力设备相连接，采集所述电力设备的数据信息，所述电力设备至少包括:发电机、变 电所、输电线、配电系统及用电设备中的一种或几种。
[0134] 优选地，所述电力设备上设置有数据1C卡6,所述终端接口为射频读写器5,所述射 频读写器5通过射频电磁波联系数据1C卡6,同时通过无线网络将数据传送至远程调度中心 2〇
[0135] 优选地，如图2所示，所述数据储存和恢复单元包括数据预处理模块21、数据存储 模块22、数据恢复模块23和数据评估模块24:
[0136] (1)数据预处理模块21，用于对所述电力设备数据采集单元1采集到的大规模数据 进行分类，其具体执行以下操作:通过K-means聚类对数据进行分类，以聚类中心为名称为 每一分类建立目录，重复以上分类过程，将数据进行细分，形成分类下的子分类，并形成数 据的多级目录。
[0137] (2)数据存储模块22,包括数据分割子模块221、数据加密子模块222和云存储子模 块223:
[0138] a、数据分割子模块221，用于对存储的数据进行分割，其具体执行以下操作：
[0139] 当需要存储数据r时，首先在远程调度中心把数据r分割成长度均为h的n部分n， r2,…，rn，然后在有限域Zp中将每个ri分别分割成n个子块ri,i，rw_ri,n，其中p>2 h，贝lj对于 第j个子块ri,j = ri ? (ri,i ? rw_ ? i,j-irVodp，其中mod代表求余运算符；
[0140] 将{ri,i ? rw_ ? ri,n-i}设成是初始的分块集，映射到集合{pi，p2"_pn}构建线性相 关关系，用下式表示线性方程组：
[0141 ] aiiri,i+ai2ri,2+***+ainri,n = ci,i
[0142] aiir2，i+ai2r2,2+."+ainr2，n = Ci，2
[0143] ……
[0144] aiirn，i+ai2rn，2+."+ainrn， n = Ci，n
[0145]其中aij是从有限域Zp中任意选取的，以此类推得出C2，l，C2,2，…，C2，n，…，cn，l， tin ... cij ^ >：? > c> i ri cn,2,…，cn,n，用矩阵的形式表现出其相关关系，令A=丨…5 = i…i ， finl ' *' ^nn, *" ^nsn. 卞 1,1 ^n,l R=丨丨，则上述线性方程组表示为AXR = C; ?y*. ? ? * Y' i.n /nnJ
[0146] 对矩阵R按下式进行二次混合得到新的矩阵C' ：AXRXA = C'。
[0147] b、数据加密子模块222,用于对存储的数据进行加密以提高数据的安全性，其具体 执行以下操作：
[0148] 调用密匙生成函数，根据每个的值以及用户输入的安全参数M直，输出解密密匙 对{KE，KD }，并将加密密匙KE与计算云服务器Hi共享，将解密密匙KD存储在远程调度中心。
[0149] 通过计算云服务器向伪随机序列生成器输入a^，生成与-一对应的标识TaglJ， 同时调用同态加密函数，输入加密密匙及每个aij所对应的数据值Vij，生成密文Zij，容易知 Tagij和Cij均为n X n矩阵，分别记为Tag和Z矩阵；用Tag矩阵按下式对C '进行一次混合加密 得到C": Tag X C ' = C";然后用Z矩阵按下式对C"进行二次混合加密得到C"' ： C"X Z = C"；任 意随机产生B个虚拟向量，其中B多2n，随机地将该虚拟向量安排入C"'中，得到一个NiXN2的 矩阵Q，其中 NjPN2均大于n，所述虚拟向量用于掩饰真实的n值，进一步加强了数据的安全 性。在此实施例中，mindfe)多n+4,得到的矩阵Q的行数或者列数至少比n值大4,称为提高 了 4个安全等级。
[0150] c、云存储子模块223,用于将加密后的数据上传到储存云服务器进行存储，将得到 的A、C、C '、C "、C " '、Q、Tag、Z、由C "'得到矩阵Q时的具体随机路径以及所述虚拟向量上传到 储存云服务器。
[0151] (3)数据恢复模块23,用于根据用户的请求将储存数据的恢复和取出，其包括分级 匹配子模块231和匹配容错子模块232,这里所指的用户包括合法用户和非法用户：
[0152] a、分级匹配子模块231，其具体执行以下操作：
[0153] 用户通过远程调度中心发出请求需要恢复数据r，从储存服务器中调出矩阵Q、生 成矩阵Q时的随机路径和虚拟向量，按照该随机路径逆向剔除虚拟向量后得到矩阵C"' 1;
[0154] 将与从储存服务器中调出的C"'比较，如果不匹配则报错，如果匹配则进入下 一步；
[0155] 将按照预先编写好的逆向函数以及从储存服务器中调出的矩阵Z和矩阵Tag 分别得出C5和CS，并分别与C "和C'比较，任一步骤不匹配均报错，匹配成功后进入下一步；
[0156] 调出矩阵A，一方面根据矩阵A的可逆性按照RiAiCTA-1得到储存数据r，另一方面 将A用预先编好的解密函数解密，得到解密密匙K D'，KD '与存储在远程调度中心的解密密匙 Kd进行比较，如果KD '与存储在远程调度中心的解密密匙KD相匹配，则云服务器向用户发送 得到的储存数据r，这样就恢复了数据r;
[0157] b、匹配容错子模块232:
[0158]如果Kd'与Kd无法匹配则报错并且将得到的数据r在设定的时间t内作保存，如果在 时间t内用户重新匹配上密匙，则直接将数据r发送给用户，否则丢失该数据r。
[0159] (4)数据评估模块24,对数据预处理模块21中的数据分类过程、数据存储模块22中 的数据分割和加密过程、数据恢复模块23中的分级匹配过程进行监督和评价，为后续的改 进提供数据支持。
[0160]在此实施例的电力设备智能大数据处理装置中，（1)设置数据预处理模块21对大 规模数据进行分类，能够有效提高计算效率，减少时间成本；
[0161] (2)先对数据平均分割，再对每个子块进行分割，由于C中任意元素的值不仅与R中 第j列有关，也与R中其它的列有关，关联性强，而且将伪随机函数和同态加密机制有机地结 合在矩阵加密中，窃取者想要获得数据r的完整信息，不光要对密匙和随机函数进行破解， 而且必须获得矩阵中每一个元素的值，才能恢复处全部信息；
[0162] (3)将随机产生的虚拟向量随机地安排到矩阵C"'中，能有效掩饰真实的n值，这进 一步提高了破译的难度，这对于均分分割的方案来说是尤为重要的，mir^N^Ns)多n+4,得到 的矩阵Q的行数或者列数至少比n值大4,提高了 4个安全等级；
[0163] (4)恢复数据过程中每一个步均与储存的数据进行比较，降低了容错率;一次数据 恢复失败后，并不立即丢失恢复出来的数据，而是采取暂存的方式，降低了系统的计算强 度。
[0164] 实施例5:
[0165] 如图1所示的一种基于多重安全的电力设备智能大数据处理装置，包括电力设备 数据采集单元1，用于对电力设备的状态参数进行采集，所述状态参数包括变压器高低侧开 关状态、变压器自身状态参数、断路器及隔离刀闸状态参数等。
[0166] 远程调度中心2,用于接收由所述电力设备数据采集单元1采集到的电力设备状态 参数，对数据进行统一格式转换，并将转换后的信息格式定义为统一通信格式;所述远程调 度中心2还包括数据储存和恢复单元，用于向专用云服务器提供数据储存和恢复功能，同时 提供人机交换端口。
[0167] 专用云服务器4,包括计算云服务器和储存云服务器，所述计算云服务器为数据处 理提供计算支撑，所述储存云服务器用于储存远程调度中心2传送来的数据。
[0168] 防火墙设备3,连接在远程调度中心2与专用云服务器4之间，远程调度中心2的数 据经过防火墙设备3后才能进入专用云服务器4。
[0169] 本发明设计了独特的远程调度中心，该远程调度中心通过防火墙与云服务器互 通，任何非法用户想要获得电力设备数据的难度大大提高，保证了设备的安全。
[0170]优选地，所述数据采集单元包括终端接口，其中所述终端接口与电力系统中待监 控的电力设备相连接，采集所述电力设备的数据信息，所述电力设备至少包括:发电机、变 电所、输电线、配电系统及用电设备中的一种或几种。
[0171] 优选地，所述电力设备上设置有数据1C卡6,所述终端接口为射频读写器5,所述射 频读写器5通过射频电磁波联系数据1C卡6,同时通过无线网络将数据传送至远程调度中心 2〇
[0172] 优选地，如图2所示，所述数据储存和恢复单元包括数据预处理模块21、数据存储 模块22、数据恢复模块23和数据评估模块24:
[0173] (1)数据预处理模块21，用于对所述电力设备数据采集单元1采集到的大规模数据 进行分类，其具体执行以下操作:通过K-means聚类对数据进行分类，以聚类中心为名称为 每一分类建立目录，重复以上分类过程，将数据进行细分，形成分类下的子分类，并形成数 据的多级目录。
[0174] (2)数据存储模块22,包括数据分割子模块221、数据加密子模块222和云存储子模 块223:
[0175] a、数据分割子模块221，用于对存储的数据进行分割，其具体执行以下操作：
[0176] 当需要存储数据r时，首先在远程调度中心把数据r分割成长度均为h的n部分n， r2,…，rn，然后在有限域Zp中将每个ri分别分割成n个子块ri,i，rw_ri,n，其中p>2 h，贝lj对于 第j个子块ri,j = ri ? (ri,i ? rw_ ? ri,j-irVodp，其中mod代表求余运算符；
[0177] 将{ri,i ? ry" ? ri,n-i}设成是初始的分块集，映射到集合{pi，p2"_pn}构建线性相 关关系，用下式表示线性方程组：
[0178] aiiri,i+ai2ri,2+---+ainri,n = Ci,i
[0179] aiir2,i+ai2r2,2+---+ainr2,n = Ci,2
[0180] ……
[0181 ] aiirn, i+ai2rn, 2+- ? -+ainrn, n = Ci, n
[0182]其中aij是从有限域Zp中任意选取的，以此类推得出C2,l , C2,2 , ??? , C2,n, ??? , Cn,l , ^Xl ^Xn ^li ^i,n Cn，2,…，Cn，n，用矩阵的形式表现出其相关关系，令:…：, C- i…：， Unx * * ? Unn, finl cnrn. -厂1，1 " ^Vj,l K= ?-;，则上述线性方程组表示为AXR = C; ? i,n
[0183] 对矩阵R按下式进行二次混合得到新的矩阵C' ：AXRXA = C'。
[0184] b、数据加密子模块222,用于对存储的数据进行加密以提高数据的安全性，其具体 执行以下操作：
[0185] 调用密匙生成函数，根据每个的值以及用户输入的安全参数M直，输出解密密匙 对{KE，KD }，并将加密密匙KE与计算云服务器Hi共享，将解密密匙KD存储在远程调度中心。
[0186] 通过计算云服务器向伪随机序列生成器输入a^，生成与-一对应的标识TaglJ， 同时调用同态加密函数，输入加密密匙及每个aij所对应的数据值Vij，生成密文Zij，容易知 Tagij和Cij均为n X n矩阵，分别记为Tag和Z矩阵；用Tag矩阵按下式对C '进行一次混合加密 得到C": Tag X C ' = C";然后用Z矩阵按下式对C"进行二次混合加密得到C"： C"X Z = C"；任 意随机产生B个虚拟向量，其中B多2n，随机地将该虚拟向量安排入C"'中，得到一个NiXN2的 矩阵Q，其中 NjPN2均大于n，所述虚拟向量用于掩饰真实的n值，进一步加强了数据的安全 性。在此实施例中，mindfe)多n+5,得到的矩阵Q的行数或者列数至少比n值大5,称为提高 了 5个安全等级。
[0187] c、云存储子模块223,用于将加密后的数据上传到储存云服务器进行存储，将得到 的A、C、C '、C "、C " '、Q、Tag、Z、由C "'得到矩阵Q时的具体随机路径以及所述虚拟向量上传到 储存云服务器。
[0188] (3)数据恢复模块23,用于根据用户的请求将储存数据的恢复和取出，其包括分级 匹配子模块231和匹配容错子模块232,这里所指的用户包括合法用户和非法用户：
[0189] a、分级匹配子模块231，其具体执行以下操作：
[0190] 用户通过远程调度中心发出请求需要恢复数据r，从储存服务器中调出矩阵Q、生 成矩阵Q时的随机路径和虚拟向量，按照该随机路径逆向剔除虚拟向量后得到矩阵C"' 1;
[0191] 将与从储存服务器中调出的C"'比较，如果不匹配则报错，如果匹配则进入下 一步；
[0192] 将按照预先编写好的逆向函数以及从储存服务器中调出的矩阵Z和矩阵Tag 分别得出C5和CS，并分别与C "和C'比较，任一步骤不匹配均报错，匹配成功后进入下一步；
[0193] 调出矩阵A，一方面根据矩阵A的可逆性按照RiAicTA-1得到储存数据r，另一方面 将A用预先编好的解密函数解密，得到解密密匙Kd'，Kd '与存储在远程调度中心的解密密匙 Kd进行比较，如果Kd '与存储在远程调度中心的解密密匙Kd相匹配，则云服务器向用户发送 得到的储存数据r，这样就恢复了数据r;
[0194] b、匹配容错子模块232:
[0195] 如果Kd'与Kd无法匹配则报错并且将得到的数据r在设定的时间t内作保存，如果在 时间t内用户重新匹配上密匙，则直接将数据r发送给用户，否则丢失该数据r。
[0196] (4)数据评估模块24,对数据预处理模块21中的数据分类过程、数据存储模块22中 的数据分割和加密过程、数据恢复模块23中的分级匹配过程进行监督和评价，为后续的改 进提供数据支持。
[0197] 在此实施例的电力设备智能大数据处理装置中，（1)设置数据预处理模块21对大 规模数据进行分类，能够有效提高计算效率，减少时间成本；
[0198] (2)先对数据平均分割，再对每个子块进行分割，由于C中任意元素的值不仅与R中 第j列有关，也与R中其它的列有关，关联性强，而且将伪随机函数和同态加密机制有机地结 合在矩阵加密中，窃取者想要获得数据r的完整信息，不光要对密匙和随机函数进行破解， 而且必须获得矩阵中每一个元素的值，才能恢复处全部信息；
[0199] (3)将随机产生的虚拟向量随机地安排到矩阵C"'中，能有效掩饰真实的n值，这进 一步提高了破译的难度，这对于均分分割的方案来说是尤为重要的，mir^N^Ns)多n+5,得到 的矩阵Q的行数或者列数至少比n值大5,提高了 5个安全等级；
[0200] (4)恢复数据过程中每一个步均与储存的数据进行比较，降低了容错率;一次数据 恢复失败后，并不立即丢失恢复出来的数据，而是采取暂存的方式，降低了系统的计算强 度。
[0201] 最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保 护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应 当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实 质和范围。
【主权项】
1. 一种基于多重安全的电力设备智能大数据处理装置，其特征是，包括电力设备数据 采集单元，用于对电力设备的状态参数进行采集，所述状态参数包括变压器高低侧开关状 态、变压器自身状态参数、断路器及隔离刀闸状态参数； 远程调度中心，用于接收由所述电力设备数据采集单元采集到的电力设备状态参数， 对数据进行统一格式转换，并将转换后的信息格式定义为统一通信格式;所述远程调度中 心还包括数据储存和恢复单元，用于向专用云服务器提供数据储存和恢复功能，同时提供 人机交换端口； 专用云服务器，包括计算云服务器和储存云服务器，所述计算云服务器为数据处理提 供计算支撑，所述储存云服务器用于储存远程调度中心传送来的数据； 防火墙设备，连接在远程调度中心与专用云服务器之间，远程调度中心的数据经过防 火墙设备后才能进入专用云服务器。2. 根据权利要求1所述的一种基于多重安全的电力设备智能大数据处理装置，其特征 是，所述数据采集单元包括终端接口，其中所述终端接口与电力系统中待监控的电力设备 相连接，采集所述电力设备的数据信息，所述电力设备至少包括:发电机、变电所、输电线、 配电系统及用电设备中的一种或几种。3. 根据权利要求2所述的一种基于多重安全的电力设备智能大数据处理装置，其特征 是，所述电力设备上设置有数据IC卡，所述终端接口为射频读写器，所述射频读写器通过射 频电磁波联系数据IC卡，同时通过无线网络将数据传送至远程调度中心。
【文档编号】H04L29/06GK105959326SQ201610561396
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年7月13日
【发明人】不公告发明人
【申请人】张志华