23.09论文笔记8：FPDA: Fault-Tolerant and Privacy-Enhanced Data Aggregation Scheme in Fog-Assisted Smart G

FPDA: Fault-Tolerant and Privacy-Enhanced Data Aggregation Scheme in Fog-Assisted Smart Grid | IEEE Journals & Magazine | IEEE Xplore

FPDA：雾辅助智能电网中的容错和隐私增强数据聚合方案

于2022年4月发布在IEEE物联网期刊。

一.引言

        智能电网这个词在许多地方出现了，如图中所示，它实际上是要把传感，计算，通信，控制以及其他技术贯穿于整个电网中，形成双向的互相反馈的电力流和信息流。目的是为了提高电力系统的经济效益，安全性和稳定性。  

        通过周期性地采集耗电数据，管理人员可以更好地改善智能电网性能，如进行负载预报，窃电检测，故障维修和设备管理等工作。

        但是设备采集的精细用户耗电数据，会严重威胁用户的隐私。如图所示，通过住宅耗电数据，可以很容易地推断用户的日常生活；或者通过电动汽车充放电的数据推断出用户的社交活动和经济状况，会威胁到用户的生命健康和财产安全。综上，这些耗电数据必须得到保护。

那么应当如何兼顾数据的隐私性和功能性？

对于这类数据，当前最常用的方法是隐私保护数据聚合（PPDA）。

智能电表将数据加密后发送给网关或者其他负责聚合的成员，由其聚合后发送给控制中心，控制中心对其进行解密，并获得聚合结果。而为了保护个体数据不被控制中心解密，常用的方法是向其添加盲化因子，聚合过程中盲化因子会被抵消。

但目前使用盲化因子技术的PPDA存在以下几个问题：

有智能电表出错时 无法成功聚合 原因为盲化因子需要组内的所有智能电表提供密文，才能成功抵消。

为了解决这个问题，现有的工作采取了各种措施，但都有或多或少的缺陷。

1.分组进行数据聚合，删除包含故障电表的组，会丢失大量数据。

2.平衡盲化因子，要求所有用户重新提交密文

3.需要可信第三方在线辅助

4.每次故障后需要重新分配密钥份额

为此，本文提出一个支持错误容忍的雾辅助隐私保护数据聚合方案，相比之前的方案还有以下改进。

除了故障电表外，无数据缺失；

只需要节点与部分电表进行交互，降低计算和通信成本。

成功聚合后，密钥份额依然可用；

不需要可信第三方的实时参与。

二.预备知识

首先回顾一下，FESDA方案，使用Paillier同态加密，本方案是在其基础上进行改进的

系统由四种实体组成：

1）受信任的权威TA：其职责是启动Paillier密码系统，并分别为CC和SMs派生私钥；

2）智能电表：每个用户都配备一个SM，收集其耗电数据并在加密后定期将其报告给FN；

3）