基于量子密钥的电网电力数据安全管控方法与流程

本发明涉及电力系统数据安全，更具体地说，本发明涉及基于量子密钥的电网电力数据安全管控方法。

背景技术：

1、随着新型电力系统建设的深入推进，电网已从传统的“源-网-荷”单向链式结构演变为“源-网-荷-储”协同互动的复杂多维网络。海量终端设备（pmu、rtu、智能融合终端、分布式能源控制器等）产生多类型、多等级、多流向的电力数据，其安全传输直接决定电网运行安全。

2、目前，业界逐步引入量子密钥分发（quantumkeydistribution,qkd）技术以应对量子计算对传统加密体系的威胁。然而，现有技术在电网实战环境中仍存在以下突出缺陷：

3、（1）现有量子密钥分发过程中的隐私放大参数通常通过经典信道协商获取，存在被窃听的风险，且窃听行为难以被检测。如公开号为cn105553648a的发明专利申请量子密钥分发、隐私放大及数据传输方法、装置及系统，其虽提出从量子信道协商的比特流中提取隐私放大参数，但其策略选择依据仅为“误码率+风险概率+待加密数据安全级别”，且一旦选定策略即固定不变，无法应对电网传输过程中安全态势的实时变化。

4、（2）现有技术通常采用固定的加密策略，无法根据电网数据单元的信道特征参数（如传输路径属性、量子态属性及安全等级属性等）进行动态调整。如公开号为cn120639279a的发明专利申请基于量子密钥分发的工业互联网数据安全传输方法，其虽提出基于量子密钥分发的工业互联网数据安全传输方法，但其关联度计算仅为“传输路径属性-量子态属性”的二维模型，权重系数固定不变，未考虑电网拓扑的时变特征，即电网拓扑会因故障隔离、计划检修、黑启动等事件频繁变化，固定模型生成的密钥参数在拓扑突变后迅速失效。

5、（3）电网数据具有多业务等级特征（如调度指令为最高安全等级、负荷管理数据为中等安全等级、运行监测数据为普通安全等级），且电网数据传输过程中可能出现动态密钥参数冲突、相邻节点参数异常等情况，而现有量子密钥分发方法未建立与电网业务安全等级联动的密钥管控机制，缺乏有效的电网拓扑感知的冲突解决机制和动态修正手段。

6、综上，为实现电网数据的安全管控，亟须建立全链路量子密钥安全管控方法，以保障电网电力数据的安全传输。

技术实现思路

1、为了克服现有技术的上述缺陷，本发明提供基于量子密钥的电网电力数据安全管控方法，以解决电网多等级数据共存情况下，经典信道协商隐私放大参数带来的安全隐患问题。

2、为实现上述目的，本发明实施例提供基于量子密钥的电网电力数据安全管控方法，包括：获取电力数据并标注安全等级，依据安全等级差异化制备量子态编码；基于量子态编码，构建参数-密钥混合帧结构，并引入参数冗余传递机制，依据大数判决恢复参数区动态密钥参数；基于参数区动态密钥参数与密钥区初始密钥，结合电网实时拓扑信息，确定最终动态密钥参数；基于最终动态密钥参数与安全等级，执行分级隐私放大策略及其态势驱动的热切换。

3、在一个优选的实施方式中，所述获取电力数据并标注安全等级，包括：获取电网电力数据，并依据业务类型划分电力数据单元；对划分的电力数据单元进行安全等级标注。

4、在一个优选的实施方式中，所述基于量子态编码，构建参数-密钥混合帧结构，并引入参数冗余传递机制，依据大数判决恢复参数区动态密钥参数，包括：基于差异化制备的量子态编码，定义参数-密钥混合帧结构；其中，所述参数-密钥混合帧结构包括：帧同步头、参数区、密钥区以及校验尾；对参数区进行加密，引入参数冗余传递机制，依据大数判决恢复参数区信息，并解析获得参数区动态密钥参数。

5、在一个优选的实施方式中，所述对参数区进行加密，引入参数冗余传递机制，依据大数判决恢复参数区信息，包括：基于电力数据单元的安全等级，生成与安全等级对应的加密密钥；基于生成的加密密钥，采用量子一次性掩码对参数区进行逐比特异或加密；基于加密后的参数区，考虑量子信道固有传输特性，引入参数冗余传递机制，依据大数判决恢复参数区信息。

6、在一个优选的实施方式中，所述基于参数区动态密钥参数与密钥区初始密钥，结合电网实时拓扑信息，确定最终动态密钥参数，包括：基于当前电力数据单元的传输路径，获取电网实时拓扑快照，确定相邻节点集合；基于确定的相邻节点集合，计算各相邻节点的综合关联度指标；依据综合关联度指标选取候选密钥节点，并沿拓扑路径递归扩展，获得按传输路径顺序排列的密钥输入集合；依据密钥输入集合与参数区动态密钥参数，通过预配置的量子密钥分发模型与密钥区承载的初始密钥，获得最终动态密钥参数。

7、在一个优选的实施方式中，所述通过预配置的量子密钥分发模型，确定最终动态密钥参数，包括：依据密钥输入集合与参数区动态密钥参数，通过预配置的量子密钥分发模型，获得模型动态密钥参数；基于模型动态密钥参数，结合参数-密钥混合帧结构中密钥区承载的初始密钥实际长度，进行适配性校验，修正获得最终动态密钥参数。

8、在一个优选的实施方式中，所述基于最终动态密钥参数与安全等级，执行分级隐私放大策略及其态势驱动的热切换，包括：引入分级隐私放大策略，并基于安全等级与最终动态密钥参数，选择对应等级的隐私放大策略；获取执行分级隐私放大策略过程中的电网安全态势动态指标，当电网安全态势动态指标发生跨阈值跃变时，执行双缓冲区无损热切换。

9、在一个优选的实施方式中，所述执行双缓冲区无损热切换，包括：基于当前分级隐私放大策略进行安全升级切换、依据安全态势与数据时效窗口进行效率升级切换以及双缓冲区无缝切换。

10、在一个优选的实施方式中，还包括：基于执行分级隐私放大策略的传输过程，设置异常点驱动的三级递进式自愈决策链。

11、在一个优选的实施方式中，所述基于执行分级隐私放大策略的传输过程，设置异常点驱动的三级递进式自愈决策链，包括：实时采集执行分级隐私放大策略传输过程中各节点的关键运行指标，计算节点参数差异值并识别出异常参考节点；设置三级递进式自愈决策链，并依据识别出的异常参考节点，触发自愈决策链。

12、本发明的有益效果：

13、（1）通过获取电力数据并标注安全等级，依据安全等级差异化制备量子态编码，实现将电网安全等级前馈至量子态制备环节，进而实现“安全等级-编码维度”的物理层映射，使高安全等级数据从量子态制备阶段即获得更高维度的物理层防护，消除了安全标签被篡改的风险；

14、（2）通过构建“参数-密钥混合帧结构”，并引入参数冗余传递机制，依据大数判决恢复参数区动态密钥参数，消除了隐私放大参数在经典信道协商过程中被窃听或篡改的隐患；

15、（3）通过基于参数区动态密钥参数与密钥区初始密钥，结合电网实时拓扑信息，确定最终动态密钥参数，实现密钥节点与电网运行状态之间的自适应调整，使得密钥参数实时跟随电网拓扑变化；

16、（4）通过基于最终动态密钥参数与安全等级，执行分级隐私放大策略及其态势驱动的热切换，使安全管控策略能够在业务不中断的前提下随安全态势变化而实时调整，实现了从静态配置到动态自适应的升级。