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基于數據聚合的滿足物理安全與隱私性的V2G認證

1. 研究背景與動機：

隨著中國新能源汽車市場的迅猛增長，電網面臨新的挑戰，車到電網（V2G）技術應運而生。這項技術通過電動汽車的儲能設施來調節電網負荷、平抑波動，實現電動汽車與電網之間的雙向通信和能量流動。盡管V2G技術展示了巨大的應用潛力，但其實施過程中面臨安全和隱私保護的雙重挑戰。為保障車主權益，必須確保僅有合法電動汽車能接入電網，防止惡意攻擊者偽裝成合法車輛。同時，電動汽車中的敏感信息，如車主身份、用電數據、位置和行駛路線等，需嚴格保護，以防數據泄露和惡意攻擊。此外，電動汽車和充電樁長期處于公共環境中，容易受到物理攻擊，因此需采取物理安全措施以抵御側信道攻擊。目前的充電認證技術通常依賴于控制中心這一高信任實體，從而增加了敏感信息濫用的風險。

1. 研究方法：

為解決這些挑戰，我們提出了一個具有數據聚合功能的物理安全和隱私保護充電認證框架。該框架通過隨機簽名確保電動汽車充電過程的匿名性，并在電動車和充電樁上部署物理不可克隆函數和模糊提取器，以防止敏感信息的物理提取。此外，框架采用隱私保護的數據聚合方法，整合特定區域內電動汽車的總電力消耗數據，同時防止單個電動車用電數據的潛在泄露。

圖1 系統模型

1. 實驗性能：

我們對提出的充電認證框架進行了性能評估，并與相關工作在隱私保護、安全性、計算開銷和通信代價方面進行了對比。結果表明，我們的框架在隱私保護和安全性上更為全面，同時在計算開銷和通信代價上具有顯著優勢，為新能源汽車安全充電和電力系統高效協調提供了強有力的支持。

圖2 功能比較

圖3 計算開銷比較

圖4 通信開銷比較

1. 論文信息

該研究工作已在IEEE Transactions on Intelligent Transportation Systems（IEEE TITS）在線發表（doi: 10.1109/TITS.2024.3443171），作者梁楊帆博士（原為桂林電子科技大學博士生，現為嘉興大學講師）、導師劉憶寧教授（通信作者），張先超教授（嘉興大學），劉高（重慶大學副研究員）。