智能电网通信安全多维数据聚合方法研究

邓 辉

（国网湖北省电力有限公司宜昌供电公司，湖北 宜昌 443000）

作为新一代电力系统的发展方向，智能电网是一个融合了通信、感知、控制、计算等多种技术与手段的网络化系统。其利用自动化手段，可以提高电网的效率、可靠性和经济性[1]。同时，它也是保证电力系统可持续发展的基本需求，对电力系统的管理与运行起到了很大的推动作用。在运行过程中，对于规模较小、影响较小的问题，智能电网具备自愈能力。智能电网中的双向信息流能够允许用户依靠现代化的通信技术，实时地了解并掌握电价、停电等各类服务信息，为人们的用电以及整个电力企业的用电计划制定提供更加便利的条件[2]。与此同时，智能电网也可以为电力公司提供用电客户的详细信息，以确保做到实时定价和平衡负载等智能控制。安装在用户端的智能电表，通过家庭内部网络，收集智能设备的用电信息或监控信息，并将其与其他相关的信息一起，经由建筑物区域网络和邻域区域网发送至控制中心[3]。在此过程中，可能会造成使用者的用电资料、个人敏感资料以及商业秘密数据被泄露或篡改，造成使用者或供电公司的损失。因此，这些信息应由智能终端进行加密处理，然后报告给上级部门。在智能电网中，数据收集的范围将会很大，包括各类智能电表和各类智能家电，它们会产生海量的、细粒度的、实时的数据，这些数据的传输对智能电网的通信系统造成了巨大的负担，当前的信息传输技术已经不能适应智能配用电技术的发展，因此，如何对数据进行聚合，降低信息传输负载，成为智能电网亟待解决的问题。基于此，本文将开展智能电网通信安全多维数据聚合方法研究。

1 生成智能电网通信安全多维数据

从位于智能电网覆盖的多区域的智能电表中获取用电用户数据，假设获取到的数据类型包含类，则从智能电表上获取到的数据集合可以表示为：

2 智能电网通信安全多维数据加密

在生成智能电网通信安全多维数据后，为确保聚合的安全性，应对数据进行加密处理。采用同态加密的方式，当且仅当下述等式成立时，才能将此时的加密算法称为同态：

3 多维数据聚合与响应

在完成对多维数据的安全加密后，需要先验证签名的真实性，若不是，则反馈并重新发送请求。在接收到所有用户的签名后，检查式（5）是否成立：

4 实例应用分析

为了验证该方法在实际应用中是否具备可行性，将该方法应用到某智能电网当中，并对其通信过程中产生的多维数据进行聚合处理。将本文设计的聚合方法应用在英特尔核心i5-45250 2.4 GHz处理器上运行，首先，从聚合计算开销角度分析该方法的应用性能。在对开销计算前，先通过MIRACL library计算所涉及方法中各项运算的时间成本，表1中记录了不同运算的时间成本。

表1 不同运算规定时间成本记录表

按照上述不同运算规定时间成本，对本文提出的聚合方法在对智能电网通信多维数据聚合时的时间成本进行计算。为了确保得出的结果具有客观性，在智能电网中选取五种不同类型的多维数据，分别为类型I、类型II、类型III、类型IV和类型V，每组多维数据的数据量不同，包含的数据维度也不同。在完成对各组数据的聚合后，得到表2所示的时间成本记录结果。

通过表2中记录的数据可以看出，应用本文上述提出的聚合方法在针对不同类型数据进行聚合时，其时间成本均能够控制在15 ms以下，能够充分满足智能电网通信运维提出的多维数据聚合时间成本小于30 ms的要求。因此，通过上述得出的结果可以证明，本文设计的聚合方法具备一定的应用可行性。

在此基础上，针对本文提出的聚合方法在实际应用中的安全性进行验证。仍然以上述五种数据类型为例，针对五种多维数据在聚合过程中的安全性进行评价，选择将聚合中数据的泄露量作为评价指标，泄露量不足以影响数据的完整性，且能够确保用电用户隐私数据不被窃取，证明聚合具备安全条件。由于这一界定标准较为模糊，因此，规定在聚合过程中数据的泄露量在50 Mbits以内为安全性聚合，泄露量在50 Mbits以外为危险性聚合。根据这一标准，将五种类型数据在利用本文聚合方法聚合时的泄漏量记录，并绘制成图1所示的实验结果。

图1 本文聚合方法聚合过程中数据泄漏量记录图

从图1记录的结果可以看出，应用本文上述提出的聚合方法在对五种不同类型数据进行聚合时，其数据泄露量均能够控制在20 Mbits以下，与规定限值相差较大。因此通过上述得出的验证结果可以证明，本文设计的聚合方法在实际应用中可以实现对多维数据的高效聚合，并且能够确保多维数据的安全，为用电用户以及电力企业提供更有利的安全保障条件。

5 结束语

本文上述研究，针对智能电网通信环境当中的多维数据提出了一种更具安全可靠性的聚合方法，并通过对该方法实际应用性能的检验，证明了该方法实际应用的可行性。在智能电网环境中，在获取高频数据时，速度效率是十分关键的，因此本文提出的具备高聚合效率的方法应用价值得到了进一步的体现。将该方法应用于实际能够在确保聚合效率的同时，保障数据的安全。在今后的研究工作中，还将对本文进行进一步扩展，考虑如何针对性地应对新的攻击情况，例如如何转发数据包等。通过这些研究，推动聚合方法的应用性能得到充分提升，以满足未来智能电网的建设和发展需求。