25、智能电网的隐私友好型聚合技术解析

智能电网的隐私友好型聚合技术解析

1. 隐私保护与密钥安全

在智能电网中，隐私保护至关重要。攻击者若未攻破物理电表或绕过电表，就难以获取消息。为降低私钥泄露的潜在影响，前向保密性是理想的特性。基于交互和 Diffie - Hellman（DH）的协议可进行修改以提供一定的前向保密性。例如，交互协议参与者可以使用临时密钥对发送给领导者的份额进行加密，这些密钥在特定时期后会被遗忘。同样，在使用 DH 协议进行每一轮聚合时，可以使用新的 DH 密钥，并使用长期密钥对其进行签名，而非证明它们相同。这种修改协议的开销并不高，因为每一轮原本就需要 $O(N^2)$ 条消息。

然而，要在保持消息量相似的情况下，修改基于双线性映射的协议或低开销协议以提供前向保密性则较为困难。重新密钥化这些协议需要全新的设置和 $O(N^2)$ 条消息。

2. 密钥建立与组管理

所有提出的协议都要求参与者知晓电表以及其他参与者的密钥，包括签名密钥和加密密钥。通常假设电表包含签名密钥以验证真实消息，部分协议使用私钥解密密钥与领导者通信或建立安全通道，这些密钥可与客户共享。

若使用加密认证来减轻计算负担，则需要在客户和电表之间建立额外的安全通道，以确保只有授权客户能够打开经认证的读数承诺。这样，电表无需知晓其他方的密钥，从而降低成本。

不同协议在密钥交换的设置阶段所需的消息数量不同，交互协议需要 $O(l · N)$ 条消息，其他协议则需要 $O(N^2)$ 条消息。对于基于双线性映射的协议和低开销协议，这是一次性成本，之后只需交换 $O(N)$ 条消息。

在某些情况下，需要轮换密钥，例如为确保前向保密性（如房屋所有者变更时）或向组中