24、智能电网隐私友好型聚合协议解析

智能电网隐私友好型聚合协议解析

1. 协议背景与基础验证

在智能电网环境中，需要对连接电表的总消耗进行测量与验证。例如，要验证 ga 是否大致等于 gca，可通过暴力枚举 gca、gca - 1、gca + 1 等的值，直到找到匹配项或测试了足够大的区间后发出警报。

在原始协议里，消费者能轻松通过乘以或除以 gi 来修改传出消息。不过，这可通过使用认证消息，或者利用带密钥的哈希函数推导 gi 来避免。若采用后一种方式，消费者虽仍能操纵输出，但无法进行可控操作，大概率会触发警报。

2. 具体协议介绍

为实现电表或用户的隐私聚合与比较，提出了四种具体协议，各有优势：
- 交互式协议 ：采用简单的加法秘密共享。对于每次测量轮次 i，会选定一部分家庭作为领导者。所有参与方计算完全随机的秘密份额，加密后发送给领导者。领导者计算最终份额，使所有份额之和为零。各家庭的份额与电表读数相加进行掩码处理，聚合器将所有份额相加即可得出总消耗。
- 详细步骤 ：
1. 系统设置时，每个家庭有自己的私钥 Kj 和其他家庭的公钥 PK1, …, PKn。
2. 每个家庭 j 计算 p 个随机值 sj,1, …, sj,p，计算领导者身份 ℓ1, …, ℓp，并使用 PKℓk 加密 sj,k（1 ≤ k ≤ p），将加密后的份额集发送给聚合器。
3. 每个领导者 ℓk 收集 n - 1 个份额 sj,k（1 ≤ j ≤ n，j ≠ ℓk），计算自己的份额 sℓk,k，使所有份额之和为 0（模 232）。
4. 所有参与方将自己的份额相加得到主份额 sj