于佳文
华北电力大学
摘要2019年国家电网提出“三型两网”的战略目标，正式将建设“泛在电力物联网”提上日程。然而对于电网的升级和建设，使得原本的隐私问题更加突出。本文将就泛在电力物联网的特点，其中涉及的隐私保护问题和技术进行讨论，并对于未来的技术发展方向提出展望。
关键词：泛在电力物联网，隐私保护
为应对能源转型和电力改革的挑战，顺应工业发展新需求，国家电网提出建设“泛在电力物联网”，对于数据采集范围、实时性等均提出了要求，然而细粒度、广泛性的数据采集、传输、处理、分析也带来了隐私泄露问题[1]，因此研究泛在电力物联网隐私保护具有十分重要的意义。
1.泛在电力物联网结构、特点
泛在电力物联网的特点是全息感知、泛在连接、开放共享、融合创新[2]，旨在提高系统覆盖范围，促进多方联动，创新技术应用，提升电网的现代化、高效性和稳定性。
泛在电力物联网包括感知层、网络层、平台层、应用层在内的四层结构，感知层包括分布广泛的终端设备，负责感知采集周围坏境信息，作为数据分析的基础；网络层包括系统内的多种网络类型，旨在为电力行业建设电力无线专网，达到经济、性能和安全的平衡；平台层是两网融合建设核心环节，实现了数据的分析挖掘，充分利用了数据价值；应用层主要面向对内和对外的应用，提升了管理和服务的质量、效率。
技术方面，首先结合了“大云物移智”，充分利用信息通信新技术，对广泛采集到的数据进行分析处理，优化能源分配、提高响应速度、提升服务质量。同时由于数据量和网络带宽的限制，云边结合也是必然的趋势，由边缘计算对数据进行分布处理，减轻云压力，也在更靠近边缘设备处及时响应用户。另外一些新兴技术也逐步加入电网建设-区块链、多方安全计算、5G等共同参与，形成了泛在电力物联网独有的特点特性。
2. 泛在电力物联网隐私保护问题
从攻击者类型来看，主要分为内部节点、外部节点。其中内部节点可能为半诚实节点，它们诚实的执行操作，但仍然试图获取其他节点的隐私信息；也可能完全不执行既定计算，还攻击截获其他消息，推断隐私。外部节点就是外部的恶意节点发起攻击，或者拦截消息，甚至篡改、假冒消息，不仅威胁隐私，也造成了系统的安全风险[3]。
从内部结构来看，隐私隐患可能存在于很多阶段。一般来说，边缘侧设备直接靠近用户，敏感信息较多，且处理能力有限，最容易受到攻击，也是隐私泄露的重灾区。它们可能被攻击泄露秘钥，并由此获取该节点所有数据，且根绝这些数据推断其他节点的信息；也可能所发出的消息被截获，因此造成了隐私泄露。而上层节点由于数据量大，获取的消息多，可以利用数据挖掘等技术分析推断节点的敏感信息。同时数据的传输，不同节点间串谋，也容易存在隐私泄露问题。
3.泛在电力物联网隐私保护技术
传统的隐私保护技术主要包括：匿名化、聚合、扰动等三类[4]，也是传统电网中应用比较成熟的技术，同样也适合于泛在电力物联网的场景。
3.1匿名化技术
利用盲签名、组签名、K-匿名、零知识证明和证书等技术实现身份匿名，使得攻击者无法对应到具体用户，从而实现隐私保护。孙玮等人利用动态群签名实现了成员身份匿名性以及成员签名不可伪造性，并且避免了由合谋而导致的隐私性被破坏的问题。
3.2聚合技术
聚合技术将多组数据整合到一起计算成为一个整体，无法在其中提取某个单一用户的信息，因此保护了隐私，而且在一定程度上提高了效率。主要涉及到的技术有：同态加密以及秘钥共享涉及到的加密算法，例如Paillier加密、Elgamal加密, Shamir秘密共享等。Saleem等人在FESDA方案中应用Paillier结合OTP，实现了数据的聚合加密，且允许节点的动态加入退出，保护隐私的同时实现了容错性。
3.3扰动技术
利用在数据上添加噪声、增量等掩盖原有信息，从而保证真实数据不会泄露，实现隐私保护。主要的技术包括：差分隐私、噪声协商、添加硬件等。Lyu 等人在方案PPFA中，利用分布式差分隐私为每一个节点添加噪声，掩蔽真实值，并且保证了汇总的整体满足隐私保护要求。
4.未来技术展望
随着技术研究的发展，不断有新兴技术引入。区块链技术具有良好的隐私保护特性，不可抵赖性，将会是未来的研究热点；安全多方计算可以实现数据本地处理，免去传输过程，结合一定的机制降低复杂度将很好的应用于电网场景。同时结合机器学习的方法降低视频、音频等的隐私泄露风险也是一个很有前景的研究方向。
5.结论
泛在电力物联网中的隐私保护问题亟待解决，针对其结构、特点，我们分析了其场景中存在的隐私泄露风险，并介绍了应用的隐私保护技术。最后本文对未来进行展望，提出了可能的技术发展方向。
参考文献
[1]胡畔, 周鲲鹏, 王作维, et al. 泛在电力物联网发展建议及关键技术展望[J]. 湖北电力, 2019(1).
[2]杨东升, 王道浩, 周博文, et al. 泛在电力物联网的关键技术与应用前景[J]. 发电技术, 2019, 40(02):13-20.
[3]Kumar P , Lin Y , Bai G , et al. Smart Grid Metering Networks: A Survey on Security, Privacy and Open Research Issues[J]. IEEE Communications Surveys & Tutorials, 2019:1-1.
[4]Kumari K , Mrunalini M . IoT Big Data Security, Privacy and Challenges Related to Smart Grid[J]. International Journal of Wireless Networks and Broadband Technologies (IJWNBT), 2019, 8.