Towards Realistic Smart Meter Privacy against Bayesian Inference
Tid: On 2023-05-24 kl 09.00
Plats: F3, Lindstedtsvägen 26 & 28, Stockholm
Videolänk: https://kth-se.zoom.us/j/65737351973
Språk: Engelska
Ämnesområde: Elektro- och systemteknik
Respondent: Ramana Reddy Avula , Teknisk informationsvetenskap
Opponent: Associate Professor Mustafa A. Mustafa, The University of Manchester, Manchester, UK
Handledare: Professor Tobias J. Oechtering, Teknisk informationsvetenskap; Associate Professor Daniel Månsson, Elektroteknisk teori och konstruktion
QC 20230502
Abstract
Smarta elmätare, idag en väsentlig komponent i moderna elnät, gör att elleverantörer kan fjärrövervaka användarnas energiförbrukning i nästan realtid. Även om denna teknik erbjuder många fördelar för energihantering och systemeffektivitet, utgör den också ett betydande integritetsproblem. Högupplösta energiförbrukningsdata kan avslöja känslig information om användarnas rutiner och aktiviteter och därmed potentiellt äventyra deras integritet. Speciellt har forskning visat att Bayesianska slutledningsattacker effektivt kan disaggregera data från smarta elmätare för att härleda hushållsapparaters tillstånd och därefter erhålla känslig användarinformation.
Denna avhandling undersöker användningen av energilagringssystem för att skydda smarta elmätares dataintegritet mot Bayesianska slutledningsattacker. Även om flera metoder som använder energilagringssystem för detta ändamål har föreslagits i litteraturen, förlitar sig många på idealiska antaganden såsom förlustfria energilagringssystem. För att lösa detta problem har en datadriven energilagringsmodell som tar hänsyn till energiförluster och kapacitetsförsämringar föreslagits. Sekretessläckage kvantifieras i termer av Bayesiansk risk, och kontrollstrategier utformas för att minimera detta samtidigt som man tar hänsyn till energilagringssystemets operativa begränsningar och ekonomiska konsekvenser. Våra resultat visar att icke-idealiteter i energilagringssystem avsevärt påverkar kontrollstrategiernas integritetsbevarande prestanda. Dessutom förbättras batteriets livslängd avsevärt om försämringsför-luster i utformningen av integritetsförbättrande kontrollstrategier inkluderas, om än med viss integritetsförlust.
Med hänsyn till icke-ideala energilager, introducerar denna avhandling nya kontrollstrategier som bevarar integriteten med hjälp av olika kontradiktoriska modeller, som klassificeras baserat på deras kunskap om kontrollsystemet. Dessa modeller inkluderar kontroller-medvetna och kontroller-omedvetna mot-ståndare som använder sekventiell hypotestestning eller maximal a posteriori-detektion. De föreslagna styrstrategierna utvärderas genom numeriska simuleringar med riktiga mätdata och emulerade energilagringssystem. Dessutom tillhandahåller avhandlingen ett referensdataset apparatens strömförbrukning, med detaljerade elektriska mätningar för att stödja framtida smarta elmätares integritetsforskning. Sammanfattningsvis erbjuder detta arbete värdefulla insikter och praktiska lösningar för att hantera kontradiktoriska slutsatser i cyberfysiska system, med potentiella tillämpningar som sträcker sig till andra sensornätverk bortom smarta elmätare.