【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及数据安全通信，尤其涉及一种基于编解码技术的电能计量数据安全通信方法。
技术介绍
1、在现代电力系统中，电能计量装置作为核心设备，用于记录和传输用户的用电数据，其产生的电能计量数据对于电力系统的稳定运行、用户计费、用电分析以及交易公平等方面具有重要意义。然而，随着智能电网和物联网技术的快速发展，电能计量数据的传输和存储面临着越来越多的安全威胁，例如数据篡改、窃取、伪造以及非法访问等。部分用户可能通过篡改计量装置或修改传输数据进行窃电，而供电企业也可能因数据处理过程中的不透明性引发用户的信任危机。由此，供电企业与用户之间的信任问题一直是困扰双方的重要难题。
2、传统的数据加密方法虽然能够提供一定程度的数据保护，但面对复杂多变的网络环境以及高频次、多样化的攻击手段，其在数据传输完整性、机密性及计算效率等方面存在不足。例如，基于固定密钥的加密方法容易受到密钥泄露的威胁，数据量化过程中可能导致传输开销增加且易产生比特错误。此外，传统加密方法在应对动态变化的场景时，往往缺乏灵活性，难以满足智能电网实时通信和高效计量的需求。
3、近年来，人工智能技术在数据加密领域展现出广阔的应用前景。通过引入基于编解码技术的加密通信方式，可以有效提升电能计量数据的安全性和传输效率。特别是采用人工智能模型，将加密视为编码过程、解密视为解码过程，不仅可以实现动态密钥生成和高效加密，还能够通过深度学习模型的高非线性特性，增强加密过程的抗攻击能力。然而，当前将ai加密方法高效应用于电能计量数据安全通信的研究仍不够完善，如何在保障
4、综上所述，本申请提出一种基于编解码技术的电能计量数据安全通信方法。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是针对
技术介绍
中存在当前将ai加密方法高效应用于电能计量数据安全通信在安全性一般和计算开销较大的问题，提出一种基于编解码技术的电能计量数据安全通信方法。
2、本专利技术的技术方案：一种基于编解码技术的电能计量数据安全通信方法，包括以下步骤：
3、采集电能计量数据，所述数据包括电压、电流、功率及时间戳；
4、通过动态密钥生成机制生成唯一密钥，所述密钥基于时间戳、设备唯一标识符及数据摘要的哈希值，并经由transformer编码器提取特征后结合伪随机数生成器增强随机性；
5、将所述电能计量数据与所述动态密钥输入加密编码器模型，所述模型依次通过高维投影层、点积层及transformer编码器模块进行非线性变换，生成加密消息；其中，所述transformer编码器模块通过自注意力机制捕获数据长程依赖关系，并利用前馈网络增强非线性特征；
6、将所述加密消息通过通信通道传输至解密端；
7、在解密端，将所述加密消息与所述动态密钥输入解密解码器模型，所述模型通过逆向高维投影层、点积层及transformer解码器模块逐步还原原始电能计量数据；所述transformer解码器模块通过掩码多头自注意力机制和交叉注意力机制结合密钥特征，实现数据恢复；
8、基于预设的时间间隔或使用次数阈值，通过动态密钥管理机制更新密钥，并采用安全存储及哈希链技术确保密钥的完整性与抗重放攻击能力。
9、可选的，所述高维投影层通过线性变换公式：
10、xw[i,j]＝x[i]·wp[j]+bp[j]
11、kw[i,j]＝k[i]·wk[j]+bk[j]
12、将输入数据及密钥映射至高维空间，其中，x[i]表示输入电能计量数据的第i个元素，k[i]表示密钥的第i个元素，wp和wk分别为数据与密钥的投影权重矩阵，bp和bk为对应的偏置向量，xw、kw分别是投影到高维后的数据矩阵和密钥矩阵。
13、可选的，所述点积层的输出yd公式为：
14、yd[i,j]＝xw[i,j]·kw[i,j]+bd[j]
15、其中，bd为点积层的偏置项；通过逐元素点积运算强化数据与密钥的耦合关系，并引入偏置bd以增加加密复杂性。
16、可选的，所述transformer编码器模块的自注意力机制通过以下公式动态调整数据权重：
17、
18、其中，q为查询向量，k为键向量，v为值向量，为键向量的转置，q,k,v分别由投影后的数据矩阵yd生成，dk为查询向量的维度，通过归一化操作避免梯度爆炸；
19、动态调整数据权重，结合前馈网络：
20、ffn(z)＝relu(zw1+b1)w2+b2
21、其中，w1、w2为权重矩阵，b1、b2为偏置项，所述自注意力机制与前馈网络共同生成高随机性密文，抵御统计分析攻击；
22、实现多层非线性变换，生成抗统计分析的高随机性加密消息。
23、可选的，所述解密解码器模块的交叉注意力机制通过公式：
24、z'＝layernorm(z+crossmultiheadattention(z,kw))
25、其中，kw为密钥的高维投影矩阵，crossmultiheadattention通过多头注意力机制提取密钥与加密消息的关联特征，layernorm用于标准化中间输出；
26、结合密钥矩阵kw的特征，逐步还原原始数据的高维表示。
27、可选的，所述动态密钥生成机制中，伪随机数生成器(prng)通过按位异或操作：
28、krand＝kenc⊕prng(seed)
29、其中，kenc为transformer编码器输出的密钥特征，⊕表示按位异或操作，prng(seed)为基于安全种子生成的伪随机序列；
30、k＝krand[:lk]
31、其中，密钥长度固定为lk，增强密钥的不可预测性，并通过裁剪操作固定密钥长度。
32、可选的，所述动态密钥管理机制包括：
33、基于时间的更新策略：每隔时间间隔t更新密钥，公式为：
34、knew＝f(kold,timestamp)；
35、基于使用次数的更新策略，其中knew、kold分别是更新后与更新前的密钥，timestamp为当前时间戳，f为基于哈希链的更新函数，当密钥使用次数达到nmax时更新，公式为knew＝f(kold,nuse)，其中nuse为当前密钥使用次数。
36、可选的，所述方法通过对抗训练机制优化编码器与解码器，具体包括：
37、构建攻击模型模拟窃听行为，最小化解密误差其中，θe表示eve解密网络的参数；
38、联合训练编码器与解码器，目标函数为：
39、l＝lenc-dec-βleve
40、其中，为编码器的联合损失函数，x为明文电能计量数据，为解码器成功解密后的数据，y为编码器的加密输出，lenc-dec保障解码器的正确解密，leve为攻击模型的解密误差，β为对抗权本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于编解码技术的电能计量数据安全通信方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于编解码技术的电能计量数据安全通信方法，其特征在于，所述高维投影层通过线性变换公式：
3.根据权利要求2所述的一种基于编解码技术的电能计量数据安全通信方法，其特征在于，所述点积层的输出YD公式为：
4.根据权利要求3所述的一种基于编解码技术的电能计量数据安全通信方法，其特征在于，所述Transformer编码器模块的自注意力机制通过以下公式动态调整数据权重：
5.根据权利要求4所述的一种基于编解码技术的电能计量数据安全通信方法，其特征在于，所述解密解码器模块的交叉注意力机制通过公式：
6.根据权利要求1所述的一种基于编解码技术的电能计量数据安全通信方法，其特征在于，所述动态密钥生成机制中，伪随机数生成器通过按位异或操作：
7.根据权利要求1所述的一种基于编解码技术的电能计量数据安全通信方法，其特征在于，所述动态密钥管理机制包括：
8.根据权利要求1所述的一种基于编解码技术的电能计量数据安全通
9.根据权利要求1所述的一种基于编解码技术的电能计量数据安全通信方法，其特征在于，所述加密消息通过归一化函数：转换为传输格式，逆投影层的输出映射至[-1,1]范围。
10.根据权利要求1所述的一种基于编解码技术的电能计量数据安全通信方法，其特征在于，所述方法应用于电动汽车充电网络，通过实时加密充电数据，结合动态密钥更新策略，抵御中间人攻击与数据篡改。
11.根据权利要求1所述的一种基于编解码技术的电能计量数据安全通信方法，其特征在于，所述方法通过以下机制强化数据信任：
12.根据权利要求1所述的一种基于编解码技术的电能计量数据安全通信方法，其特征在于，所述方法通过以下设计支持大规模应用：
...【技术特征摘要】
1.一种基于编解码技术的电能计量数据安全通信方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于编解码技术的电能计量数据安全通信方法，其特征在于，所述高维投影层通过线性变换公式：
3.根据权利要求2所述的一种基于编解码技术的电能计量数据安全通信方法，其特征在于，所述点积层的输出yd公式为：
4.根据权利要求3所述的一种基于编解码技术的电能计量数据安全通信方法，其特征在于，所述transformer编码器模块的自注意力机制通过以下公式动态调整数据权重：
5.根据权利要求4所述的一种基于编解码技术的电能计量数据安全通信方法，其特征在于，所述解密解码器模块的交叉注意力机制通过公式：
6.根据权利要求1所述的一种基于编解码技术的电能计量数据安全通信方法，其特征在于，所述动态密钥生成机制中，伪随机数生成器通过按位异或操作：
7.根据权利要求1所述的一种基于编解码技术...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈曦鸣，徐连杰，段玉卿，蔺菲，丁建顺，刘景姝，王海鸿，唐丽，
申请(专利权)人：国网安徽省电力有限公司营销服务中心，
类型：发明
国别省市：
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