基于ECC的AMI通信快速安全性研究.pdf

1、近年，我國國家電網(wǎng)公司倡議探討構(gòu)建“全球能源互聯(lián)網(wǎng)”，推動(dòng)以清潔和綠色方式滿足全球電力需求。全球能源互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下，由于各種利益相關(guān)者的存在及職責(zé)交叉，智能電網(wǎng)的互動(dòng)化以及通信網(wǎng)絡(luò)的相對(duì)開放等特點(diǎn)，增加了高級(jí)量測體系（Advanced Metering Infrastructure, AMI）的信息安全風(fēng)險(xiǎn)，其通信安全性與快速性是全球能源互聯(lián)網(wǎng)信息安全的基礎(chǔ)與關(guān)鍵。目前全球?qū)W術(shù)界、電力運(yùn)營商、監(jiān)管機(jī)構(gòu)等紛紛開展了 AMI通信快速與安全性課

2、題的研究工作。本文提出四進(jìn)制倍數(shù)-和差算法對(duì)橢圓曲線密碼體制的安全性和快速性作出改進(jìn)，使得AMI單播通信的加解密速度最多可提高53.8％，抵御邊信道攻擊的能力也是原來的四倍；提出基于成員行為模型的集中式組播密鑰管理方案，該方案不僅能夠提供嚴(yán)格保證組播的前向安全性和后向安全性，而且能高效有序的更新組播密鑰，同時(shí)保持良好的通信效率和較低的密鑰管理開銷。主要研究內(nèi)容和成果如下：
　　（1）提出了四進(jìn)制倍數(shù)-和差算法（簡稱“四進(jìn)制算法”）

3、，解決了AMI橢圓曲線加密算法計(jì)算效率不高（相比對(duì)稱加密）的問題。該算法通過在 Jacobi坐標(biāo)上計(jì)算乘法，Jacobi-Affine坐標(biāo)上計(jì)算加法，基于 k的非相鄰形式得到唯一的四進(jìn)制序列以及推導(dǎo)在 Jacobi坐標(biāo)上計(jì)算4P的公式，使計(jì)算kP（乘法）的效率提高了17.1%。在此基礎(chǔ)上，將kP分解成形如hP?lJ計(jì)算，對(duì)固定比特的整數(shù)k，計(jì)算效率能提高53.8%。
　　（2）研究了四進(jìn)制算法對(duì)邊信道攻擊的安全性。驗(yàn)證了能量均衡四

4、進(jìn)制算法能完全抵御簡單能量攻擊，而抵御差分能量攻擊的能力是原算法的四倍，功耗和概率分析表明：該算法解決了應(yīng)用于 AMI的 ECC不能抵御邊信道（包括簡單能量攻擊和差分能量攻擊）的缺點(diǎn)。
　?。?）提出了基于成員行為模式的AMI組播密鑰管理方案，提高了 AMI組播的通信效率。該方案基于成員行為模型對(duì)組播內(nèi)的成員進(jìn)行分組，然后利用分治策略和門限方案，使系統(tǒng)能夠高效、有序的更新組播密鑰，理論研究表明：該方案的最壞通信效率較差，但平均通信