面向智能电表的隐私保护技术综述
田秀霞1, 李丽莎2, 孙超超1, 刘大明1
【摘 要】摘要： 随着智能电网和通信技术的发展，智能电表的普及应用受到越来越多的重视.一方面，智能电表为用户合理用电和电力公司有效供电、高效收费带来了便利，而另一方面细粒度的智能电表数据泄露用户用电行为等敏感信息，用户隐私泄露也成为最大的安全威胁.主要从智能电表端的身份隐私保护技术和数据隐私保护技术两个方面来综述国内外相关研究.对比分析了现有隐私保护技术的隐私保护强度、计算开销、传输开销等；提炼了智能电表仍然面临的安全与隐私挑战，并探讨了该领域未来的研究趋势与方向. 【期刊名称】华东师范大学学报（自然科学版） 【年(卷),期】2015(000)005 【总页数】15
【关键词】 智能电表； 隐私保护； 身份隐私； 数据隐私
第一作者：田秀霞，女，博士，教授，研究生导师，研究方向为数据库安全、隐私保护和基于密码学的访问控制，以及面向电力用户侧的安全计算. E-mail: xxtian@shiep.edu.cn.
0 引 言
智能电网[1]，或称未来电网，旨在为电力用户提供更稳定，更可靠的电能.随着智能电网和通信技术的发展，电力用户与电力公司间的双向通信成为可能，而用户侧的智能电表是双向通信中的关键部件.智能电表实时监测智能电器用电情况，使电力用户更经济有效的管理他们的用电量.由于智能测量技术，即AMI(Advanced Metering Infrastructure)[2]越来越成熟，电力公司也越来越
多的采用远程实时监测和采集智能电表的电量数据，不仅有效提高了抄表质量、抄表效率和经济效益[3]，而且能够有效调整电力供应，满足电力用户实时用电需求及避免多余发电.
然而，智能电表为电力用户和电力企业带来便利的同时，也同样给电力用户带来了隐私威胁[4].细粒度的智能电表数据泄露人们生活习性等隐私信息，一旦被攻击者掌握，将会给电力用户造成难以估量的损失.欧盟信息保护监督组织主任助理Giovanni Buttarelli说：“智能电表数据对于分析能源使用情况十分有用，但与此同时，也可能被一些别有用心的人用来进行市场销售、广告推销或差别定价等.”英联合王国能源主任Christine McGourty指出，解决智能电表数据保护和用户隐私问题是重中之重.国际隐私权组织的Anna Fielder指出，消费者对智能电表的实时监测感到不安，人们不想在被人监视之下生活.2010年，美国的斯科茨谷市发生了一起“Stop Smart Meter”的游行示威，人们对智能电表的“不信任感”达到高潮.2013年，泸州查处首例智能电表窃电行为，窃电4032度.英国《卫报》称，到2019年智能电表将普及所有英国家庭，这将会涉及到更多的个人隐私问题.越来越多的事实表明，面向智能电表的隐私保护问题是亟待解决的，因此近年来研究人员一直致力于寻求在最少泄露个人隐私信息的情况下享受智能电表带来便利的方法.
面向智能电表隐私保护技术主要包括智能电表身份隐私保护技术和智能电表数据隐私保护技术.在给出两种隐私保护技术定义之前，我们先介绍智能电表的三个主要因素：智能电表身份、智能电表实时(细粒度)电量数据和智能电表总电量数据.智能电表实时电量数据泄露用户隐私信息，而智能电表总电量，即计费周期内的总电量，几乎不会泄露用户隐私信息；攻击者只有掌握智能电表身份
及其实时电量数据才能对具体用户实施攻击，掌握任何其他单一因素或两两组合因素均不能对用户产生隐私或安全威胁.因此，智能电表身份隐私保护技术是指保护智能电表身份不被攻击者知晓：若攻击者知晓智能电表实时电量数据，但不知智能电表身份，其所掌握的隐私信息就无法定位到具体某个用户.智能电表数据隐私保护技术是指保护智能电表实时电量数据不被攻击者知晓：若攻击者知晓智能电表身份，但其不知晓智能电表用户隐私信息，其就无法实施攻击.本文将针对智能电表身份隐私保护技术和智能电表数据隐私保护技术两方面内容对现有工作进行总结.
1 系统模型
图1为智能电网通信网的一般模型，其中主要涉及4个实体：智能电器、智能电表、集中器和电力公司，下面依次介绍每个实体的功能和作用.
1.1 智能电器
智能电器(如电视、洗衣机等)，在智能电网中各自有一个IP地址，其用电数据通过ZigBee无线网实时传送给智能电表(见图1).ZigBee，功率要求低、网络配置和管理规定简单，优于其他短距离无线通信(如WiFi)，被选为智能电器与智能电表间的通讯工具[5-6].
1.2 智能电表
智能电表是智能电网的智能终端，有很多身份属性[7]，如电表编号、URI(Uniform Resource Identifier)等，这些身份属性用于身份认证或其他目的，本文将用户和智能电表看成一个整体，即用户的身份与智能电表的身份一致.智能电表以双向多种费率计量、双向数据通信和防窃电等功能为特征，实时监测[8]智能电器的用电情况，为用户提供详细的用电信息，使用户更好的管理他们
面向智能电表的隐私保护技术综述
