基于区块链的分布式发电微网系统数据安全存储机制研究

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随着全球环境的问题愈发严峻,可以有效利用分布式新能源发电的微电网系统受到了各个国家的广泛关注。微电网的数据安全与系统的稳定运行息息相关,微电网系统的电力交易、发电预测、经济调度等功能都取决于其所用数据的可靠性。然而,微电网系统通常使用集中式的存储机制。集中式的存储机制容易发生单点故障,不法分子对数据中心的攻击可能会导致大量数据的泄露或篡改。这严重威胁了微电网系统的数据安全。因此,寻找新兴技术来保护微电网数据安全迫在眉睫。拥有去中心化、防篡改、可追溯等功能的区块链技术的兴起为解决微电网系统数据安全问题提供了一种有效途径。然而,传统的区块链系统的数据层使用Merkle树来存储数据,无法用单个证明对多条数据的可靠性进行批量验证。在数据使用频繁的微电网系统中,大量的证明将给通信带来巨大的压力。为了将区块链技术更好的应用于微电网系统,降低证明的通讯消耗是十分必要的。因此本文提出使用向量承诺来改进传统区块链数据层,以实现证明的批处理,并将改进后的区块链用于微电网系统的数据存储。本文的主要研究内容如下:(1)本文首先分析了集中式的存储机制存在的问题,以及使用区块链保护微电网系统数据安全的可行性。然后,本文结合区块链去中心化、防篡改、可追溯的特点,提出了一种基于区块链的微电网系统数据安全存储机制。针对基于Merkle树的区块链系统在数据可靠性验证时,用于验证数据可靠性的证明较大,且不能实现证明的批处理的问题,本文提出使用具有批处理功能的向量承诺替换区块链数据层中的Merkle树。(2)在改进的区块链的基础上,本文在双线性群中构建了增量聚合子向量承诺方案和可插入多承诺聚合子向量承诺方案。增量聚合子向量承诺可以实现证明的聚合和分解。聚合算法可以进一步降低证明大小,分解算法可以在保护微电网用户隐私上发挥作用。可插入多承诺聚合子向量承诺方案能聚合来自多个承诺的证明,进一步降低通讯消耗。插入功能可以使区块事务的存储更为灵活。(3)最后,本文对提出的两个方案进行了正确性分析和可证安全性分析。并在相同的安全等级下(128位安全)将本文方案与其他向量承诺方案进行对比。结果表明,本文方案能有效降低数据可靠性验证时的通信消耗,更加符合微电网系统的数据存储需求。
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