一种智能电网的用电信息安全保护方法、装置及系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及隐私保护领域，尤其涉及一种智能电网的用电信息安全保护方法、装置及系统，该方法包括：根据当前时刻，从预置的用户实际用电量集合和预置的电池剩余电量集合中选择当前用户实际用电量集合和当前电池剩余电量集合；根据所述当前用户实际用电量集合、所述当前电池剩余电量集合、预置的噪音关键参数的集合和预置的噪音关键参数选择概率集合，计算当前噪音，并要求电池产生相应的值；根据所述当前噪音，计算所述当前时刻的用电信息是否安全。该方法使用电池向真实的用电信息中加入电池的状态所允许的二项噪音，进而根据真实的用电情况，优化加入的二项噪音，最终获取最优的安全系数。
【专利说明】—种智能电网的用电信息安全保护方法、装置及系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及隐私保护领域，尤其涉及一种智能电网的用电信息安全保护方法、装置及系统。
【背景技术】
[0002]随着智能电网的发展，智能电表的应用愈发普及。与传统电表相比，智能电表不仅能够记录每个月用户的用电量用于计量电费，还能够记录更小时间粒度(如每分钟或每秒)的用户用电量用于控制。这种细粒度的用电情况计量一方面为智能电网的用电预测、趋势分析和纠错等功能提供了信息支持，另一方面也埋下了用户隐私泄露的隐患。通过非入侵性负载检测(NILM)技术，人们能够有效的从用户用电量的变化以及用户用电量的总量中分析出用户在使用什么用电器。这样也就损害了用户的安全隐私。例如一个盗窃犯可以通过分析用户的用电情况得知用户生活习惯，从而确定盗窃的时间。事实上已经有研究者在实际生活中通过分析智能电表广播的用电信息分析出了小区内人们的生活规律。
[0003]为了应对智能电表造成的用户隐私泄露问题，研究者们提出使用基于电池的负载信息隐藏技术(BLH)。这种技术的主要思想是在家庭中安装一个电池，通过电池的充电和放电来向真实的用电信息中添加噪音，从而干扰智能电表读取的用电信息，保护用户的用电信息。这种方法一方面保护了用户的隐私，另一方面由于智能电网的仅关心家庭的最终用电情况，所以并不影响智能电网的从智能电表中获取控制方面所需要的信息。但是BLH技术也面临着一系列的问题:由于电池容量以及电池充放电速率的限制，BLH所能提供的噪音有限，如何有效利用电池来保护用户的用电信息就成了 BLH技术的主要挑战。
[0004]现有的BLH技术主要是通过电池充放电，以使得智能电表所观测到的值是一些离散的数值而非连续的变化曲线，例如，现有的尽力而为式的BLH技术尽量使智能电表观测到的功耗维持在同一个值上。现有的BLH技术存在下列缺点:第一，现有BLH技术在无法维持当前的离散值必须切换到下一个值时，即当用户用电量有较大波动(如开关一个较大功率的用电器)时，采用现有的NILM技术能够有效获取电器信息；第二，现有的BLH技术没有严格的定义所保护的用户信息安全，通常它们只用相互信息等一般性的信息论度量来衡量算法，对于潜在的攻击方法缺乏可靠的安全保障。因此我们需要一种新的BLH技术，该技术能够有效地利用电池的性能防范已有的NILM攻击方式，并且能够用严格的量化手段评估用户用电信息的安全性。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提出一种智能电网的用电信息安全保护方法、装置及系统，使得在提供严格隐私安全评估的同时，防范现有的NILM攻击。
[0006]为达到此目的，本发明采用以下技术方案:
[0007]一种智能电网的用电信息安全保护方法，包括:
[0008]根据当前时刻，从预置的用户实际用电量集合和预置的电池剩余电量集合中选择当前用户实际用电量集合和当前电池剩余电量集合；
[0009]根据所述当前用户实际用电量集合、所述当前电池剩余电量集合、预置的噪音关键参数的集合和预置的噪音关键参数选择概率集合，计算当前噪音，并要求电池产生相应的值，其中，所述当前噪音是二项分布噪音，所述噪音关键参数选择概率集合与每一个所述噪音关键参数相对应；
[0010]根据所述当前噪音，计算所述当前时刻的用电信息是否安全。
[0011]进一步的，所述根据当前时刻，根据当前时刻，从预置的用户实际用电量集合和预置的电池剩余电量集合中选择当前用户实际用电量集合和当前电池剩余电量集合之前还包括:
[0012]根据预设的电池固有参数和用电器参数，建立每个时间段的用户实际用电量集合和电池内的剩余电量集合；
[0013]根据所述用户实际用电量集合和所述电池内的剩余电量集合从预置的噪音关键参数集合中选择每个时间段的噪音关键参数集合并且设定噪音关键参数选择概率集合。
[0014]进一步的，所述根据所述当前噪音，计算所述当前时刻的用电信息是否安全之后还包括:
[0015]更新每一个所述噪音关键参数选择概率集合；
[0016]新时间段时，计算新时刻的噪音，并要求电池产生相应的值。
[0017]进一步的，所述根据所述当前用户实际用电量集合、所述当前电池剩余电量集合、预置的噪音关键参数的集合和预置的每一个所述噪音关键参数对应的关键参数选择概率的集合，计算当前噪音包括:
[0018]根据所述当前用户实际用电量集合和所述当前电池剩余电量集合以及所述噪音关键参数选择概率集合从所述噪音关键参数集合中选择当前噪音关键参数；
[0019]根据所述当前用户实际用电量和所述当前电池剩余电量集合和所述当前噪音关键参数，计算当前噪音，并要求电池产生相应的值，其中，所述当前噪音是二项分布噪音。
[0020]对应地，本发明实施例还提出了一种智能电网的用电信息安全保护装置，该装置包括:
[0021]环境选择模块，用于根据当前时刻，从预置的用户实际用电量集合和预置的电池剩余电量集合中选择当前用户实际用电量集合和当前电池剩余电量集合；
[0022]噪音设置模块，用于根据所述当前用户实际用电量集合、所述当前电池剩余电量集合、预置的噪音关键参数的集合和预置的噪音关键参数选择概率集合，计算当前噪音，并要求电池产生相应的值，其中，所述当前噪音是二项分布噪音，所述噪音关键参数选择概率集合与每一个所述噪音关键参数相对应；
[0023]安全判断模块，用于根据所述当前噪音，计算所述当前时刻的用电信息是否安全。
[0024]进一步的，该装置还包括:
[0025]整体环境构建模块，用于根据预设的电池固有参数和用电器参数，建立每个时间段的用户实际用电量集合和电池内的剩余电量集合；
[0026]整体噪音参数选择和设定模块，用于根据所述用户实际用电量集合和所述电池内的剩余电量集合从预置的噪音关键参数集合中选择每个时间段的噪音关键参数集合并且设定噪音关键参数选择概率集合。[0027]更新概率模块，用于更新每一个所述噪音关键参数选择概率集合；
[0028]新时刻噪音设置模块，用于新时间段时，计算新时刻的噪音，并要求电池产生相应的值。
[0029]进一步的，所述噪音设置模块包括:
[0030]当前噪音关键参数选择模块，用于根据所述当前用户实际用电量集合和所述当前电池剩余电量集合以及所述噪音关键参数选择概率集合从所述噪音关键参数集合中选择当前噪音关键参数；
[0031]当前噪音计算模块，用于根据所述当前用户实际用电量和所述当前电池剩余电量集合和所述当前噪音关键参数，计算当前噪音，并要求电池产生相应的值，其中，所述当前噪音是二项分布噪音。
[0032]对应地，本发明实施例还提出了一种智能电网的用电信息安全保护系统，该系统包括装置和电池，其中，
[0033]所述装置的噪音设置模块根据所述装置的环境选择模块计算当前噪音，并要求电池产生相应的值；
[0034]所述电池根据所述当前噪音进行充电或者放电；
[0035]所述装置的安全判断模块计算当前时刻的用电信息是否安全。
[0036]进一步的，所述装置是智能电表。
[0037]本发明实施例提出一种智能电网的用电信息安全保护方法、装置及系统，使用电池向真实的用电信息中加入电池的状态所允许的二项噪音，通过噪音的参数获取我们能够达到的差分安全系数，并将此系数作为优化目标加入到基于多环境下的多臂赌博机问题(MAB)的优化算法exp3中从而根据真实的用电情况优化我们所加入的噪音，获取最优的安全系数。
【专利附图】
【附图说明】
[0038]此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，并不构成对本发明的限定。在附图中:
[0039]图1是本发明第一实施例中提供的一种智能电网的用电信息安全保护方法的实现流程图。
[0040]图2是本发明第二实施例中提供的一种智能电网的用电信息安全保护装置的结构示意图。
[0041]图3是本发明第三实施例中提供的一种智能电网的用电信息安全保护系统的结构示意图。
[0042]图4是本发明实施例中使用的多环境下的多臂赌博机问题的优化算法exp3。【具体实施方式】
[0043]下面结合附图及具体实施例对本发明进行更加详细与完整的说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部内容。
[0044]在本发明中我们将差分安全的概念引入到BLH技术中，差分安全的定义如下。给定一个η维数据集Dn，一个随机算法(随机算法是算法本身包含了随机数生成器的算法)A如果满足以下条件则我们称它是(S，ε )差分安全的:对于任意两个只在一个维度上有差别的X，y e Dn对于所有的S e range (A)，有
[0045]P [A (X) e S]≤ eε.P [A (y) e S]+ δ
[0046]其中，range(A)代表A的输出范围。δ和ε的值越小，算法的隐私性越高。现有的BLH算法都无法保证差分安全。
[0047]在问题建模上我们将时间预置的分成一个个单位长度的时间段，智能电表以这些时间段为时间粒度获取用电量信息。我们的算法在每个时间段内要求电池充电和放电从而向真实的用电信息添加噪音，干扰智能电表的信息获取。
[0048]图1是本发明第一实施例中提供一种智能电网的用电信息安全保护方法的实现流程100，该实现流程100详述如下:
[0049]在步骤101中，根据当前时刻，从预置的用户实际用电量集合和预置的电池剩余电量集合中选择当前用户实际用电量集合和当前电池剩余电量集合。
[0050]在本步骤之前，依次进行如下操作构建每个时间段的智能电表的用电信息情况和电池充电或者放电产生噪音的关键参数:根据预设的电池固有参数和用电器参数，建立每个时间段的用户实际用电量集合和电池内的剩余电量集合；根据所述用户实际用电量集合和所述电池内的剩余电量集合从预置的噪音关键参数集合中选择每个时间段的噪音关键参数集合并且设定噪音关键参数选择概率集合。
[0051]根据预设的电池固有参数和用电器参数，建立每个时间段的用户实际用电量集合和电池内的剩余电量集合。电池固有参数包括最大容量以及最大充放电速率，用电器参数是保护下最大用电器的单位时间用电量。电池固有参数和用电器参数是预置输入到智能电表的存储单元中。初始化时间计数器t=l。在各个时刻系统所处的环境由该时刻的用户实际用电量d(t)和该时刻电池内的剩余电量c(t)决定。本实施例中多臂赌博机的环境集E是两个区间集合的笛卡尔乘积即E=DXS。各个时刻用户实际用电量D的定义为
【权利要求】
1.一种智能电网的用电信息安全保护方法，其特征在于，包括: 根据当前时刻，从预置的用户实际用电量集合和预置的电池剩余电量集合中选择当前用户实际用电量集合和当前电池剩余电量集合； 根据所述当前用户实际用电量集合、所述当前电池剩余电量集合、预置的噪音关键参数的集合和预置的噪音关键参数选择概率集合，计算当前噪音，并要求电池产生相应的值，其中，所述当前噪音是二项分布噪音，所述噪音关键参数选择概率集合与每一个所述噪音关键参数相对应； 根据所述当前噪音，计算所述当前时刻的用电信息是否安全。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据当前时刻，根据当前时刻，从预置的用户实际用电量集合和预置的电池剩余电量集合中选择当前用户实际用电量集合和当前电池剩余电量集合之前还包括: 根据预设的电池固有参数和用电器参数，建立每个时间段的用户实际用电量集合和电池内的剩余电量集合； 根据所述用户实际用电量集合和所述电池内的剩余电量集合从预置的噪音关键参数集合中选择每个时间段的噪音关键参数集合并且设定噪音关键参数选择概率集合。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述根据所述当前噪音，计算所述当前时刻的用电信息是否安全之后还包括: 更新每一个所述噪音关键参数选择概率集合； 新时间段时，计算新时刻 的噪音，并要求电池产生相应的值。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述根据所述当前用户实际用电量集合、所述当前电池剩余电量集合、预置的噪音关键参数的集合和预置的每一个所述噪音关键参数对应的关键参数选择概率的集合，计算当前噪音包括: 根据所述当前用户实际用电量集合和所述当前电池剩余电量集合以及所述噪音关键参数选择概率集合从所述噪音关键参数集合中选择当前噪音关键参数； 根据所述当前用户实际用电量和所述当前电池剩余电量集合和所述当前噪音关键参数，计算当前噪音，并要求电池产生相应的值，其中，所述当前噪音是二项分布噪音。
5.一种智能电网的用电信息安全保护装置，其特征在于，所述装置包括: 环境选择模块，用于根据当前时刻，从预置的用户实际用电量集合和预置的电池剩余电量集合中选择当前用户实际用电量集合和当前电池剩余电量集合； 噪音设置模块，用于根据所述当前用户实际用电量集合、所述当前电池剩余电量集合、预置的噪音关键参数的集合和预置的噪音关键参数选择概率集合，计算当前噪音，并要求电池产生相应的值，其中，所述当前噪音是二项分布噪音，所述噪音关键参数选择概率集合与每一个所述噪音关键参数相对应； 安全判断模块，用于根据所述当前噪音，计算所述当前时刻的用电信息是否安全。
6.根据权利要求5所述装置，其特征在于，所述装置还包括: 整体环境构建模块，用于根据预设的电池固有参数和用电器参数，建立每个时间段的用户实际用电量集合和电池内的剩余电量集合； 整体噪音参数选择和设定模块，用于根据所述用户实际用电量集合和所述电池内的剩余电量集合从预置的噪音关键参数集合中选择每个时间段的噪音关键参数集合并且设定噪音关键参数选择概率集合。
7.根据权利要求5或6所述装置，其特征在于，所述装置还包括: 更新概率模块，用于更新每一个所述噪音关键参数选择概率集合； 新时刻噪音设置模块，用于新时间段时，计算新时刻的噪音，并要求电池产生相应的值。
8.根据权利要求5或6所述装置，其特征在于，所述噪音设置模块包括: 当前噪音关键参数选择模块，用于根据所述当前用户实际用电量集合和所述当前电池剩余电量集合以及所述噪音关键参数选择概率集合从所述噪音关键参数集合中选择当前噪音关键参数； 当前噪音计算模块，用于根据所述当前用户实际用电量和所述当前电池剩余电量集合和所述当前噪音关键参数，计算当前噪音，并要求电池产生相应的值，其中，所述当前噪音是二项分布噪音。
9.一种智能电网的用电信息安全保护系统，其特征在于，所述系统包括装置和电池，其中， 所述装置的噪音设置模块根据所述装置的环境选择模块计算当前噪音，并要求电池产生相应的值； 所述电池根据所述当前噪音进行充电或者放电； 所述装置的安全判断 模块计算当前时刻的用电信息是否安全。
10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述装置是智能电表。
【文档编号】G06Q50/06GK103544538SQ201310464345
【公开日】2014年1月29日 申请日期:2013年9月30日 优先权日:2013年9月30日
【发明者】李向阳, 赵京, 刘云浩 申请人:无锡赛思汇智科技有限公司