基于环签名和无证书签名的智能电网缴费方案

摘要

随着科技的进步以及人们生活节奏的加快，智能化的生活已经逐渐取代原有的生活方式。电力技术的发展也进入了智能电网时代。针对早期的电力系统，智能电网通过完全自动化的，基于高速的双向通信的网络进行电力传输。它能够接入各种不同的发电形式，将公共能源网络进行转化，提高整个能源的利用率，并且对环境作用十分友好，实现了电力的可持续发展。同时为了能够更加灵活的实施能源控制以及其他各种相关服务，智能电网的运营管理方式要求对电力传输网络的状态、每个用户端以及电网节点进行实时监控。这样的变化便给整个智能电网系统用户使用安全带来了新的风险。
　　用户用电量计量过程中，智能电表取代原有的机械电表，它将用户端周期性、高频率的用电数据传送给服务提供商。服务提供商可以根据实时的用电数据进行用电负荷等工作分析。但是整个用电数据传输的过程是极度不可靠的，恶意攻击者可以从传输的大量用电数据中推测出该用户的日常生活规律等隐私信息。
　　针对用户的隐私安全问题，本文提出了一个基于环签名以及无证书签名的缴费方案，在保护用户信息不泄露的前提下控制通过智能电表完成用电数据采集并进行正确缴费的过程。方案中使用匿名缴费算法使可信第三方只能产生用户部分私钥，实现无条件匿名，整个过程计算开销较小，具有较好的实际应用价值。本文的主要工作主要包括以下几个方面:
　　1.分析智能电网国内外的整个发展现状。总结智能电网中存在的安全问题以及目前研究者们给出的相应解决方案。
　　2.提出了基于环签名的可保护用户隐私的缴费方案。通过研究智能电网中造成用户隐私泄露的途径，分析得到环签名的无条件匿名性以及不可伪造性在智能电表传输信息过程中能有效地保护用户的具体用电数据，很好地保护用户隐私。
　　3.提出了无证书签名的可保护用户隐私的缴费方案。在用户缴费过程中，削弱可信第三方的权利可以有效防止用户隐私泄露。通过无证书密码系统，使得可信第三方无法直接生成用户的私钥，只能够发送部分私钥，用户可以根据部分私钥计算自己的最终私钥。
　　4.对提出的方案进行了安全性分析。通过对方案的分析以及比较，说明本方案具有匿名性、不可伪造性、不可关联性，并且整个过程计算开销较小，具有较好的实际应用价值。

目录

声明

摘要

1 引言

1．1 课题研究背景

1．2 国内外研究现状

1．2．1 智能电网发展现状

1．2．2 智能电网用户隐私安全的研究现状

1．3 论文的组织结构

2 智能电网信息安全问题

2．1 智能电网简介

2．1．1 智能电网概念

2．1．2 智能电网的特点

2．1．3 智能电网中的关键技术

2．2 智能电网信息安全

2．2．1 智能电网安全需求

2．2．2 智能电网信息安全面临的风险

2．3 智能电网隐私安全

2．3．1 智能电网隐私泄露途径

2．3．2 智能电网隐私泄露影响

2．4 智能电网用户隐私泄露

3 基于环签名和无证书签名的智能电网缴费方案设计

3．1 方案概述

3．2 方案具体实现

3．2．1 系统的初始化建立

3．2．2 密钥的产生与分发

3．2．3 用户完成正确缴费

4 安全性分析

4．1 一致性分析

4．1．1 用户电费计算

4．1．2 服务提供商计算电费

4．1．3 正确完成缴费

4．2 安全性分析

4．2．1 针对可信第三方的安全性分析

4．2．2 针对用户的安全性分析

4．2．3 针对服务提供商的安全性分析

4．2．4 方案分析总结

4．3 方案比较

4．3．1 群签名方案简介

4．3．2 方案的具体对比分析

5 总结与展望

参考文献

致谢

个人简历

发表的学术论文