Protocole de préservation de la vie privée pour les marchés locaux de l'énergie

Les réseaux électriques intelligents se mettent en place un peu partout dans le monde. Ils permettent aux foyers de communiquer en temps réel leurs besoins et leur consommation d'énergie, ce qui en fait un élément clé de notre futur énergétique. L'un des principaux usages des Réseaux intelligents est le marché de l'énergie en pair-à-pair (P2P). Ce marché aide les gens à obtenir de meilleurs prix pour l'électricité et les incite à produire de l'énergie renouvelable, tout en réduisant le gaspillage d'énergie en limitant le transport sur de longues distances.

Cependant, participer à ces marchés P2P peut être compliqué. Les utilisateurs doivent souvent soumettre leurs estimations de consommation ou de production d'énergie bien à l'avance. Malheureusement, personne ne peut prévoir parfaitement les besoins en énergie. Des changements dans la quantité d'énergie utilisée ou produite peuvent survenir de manière inattendue, créant des écarts entre ce que les gens s'engagent à faire et ce dont ils ont vraiment besoin. En plus de ça, les relevés détaillés utilisés pour calculer les factures et les récompenses sont des informations sensibles qui doivent être protégées selon les lois sur la Vie privée.

Pour résoudre ces problèmes, un nouveau protocole appelé PPBSP est proposé. Ce protocole se concentre sur un système de facturation et de règlements respectueux de la vie privée pour les marchés de l'énergie locaux, même quand les utilisateurs ne peuvent pas respecter leurs engagements initiaux en matière d'énergie. Il utilise le chiffrement homomorphe, permettant de réaliser des calculs sur des données chiffrées sans révéler d'informations sensibles. Le protocole introduit également différentes méthodes de partage des coûts pour garantir l'équité entre les participants du marché.

#Importance des réseaux intelligents

Les réseaux intelligents représentent la prochaine étape dans la distribution d'électricité. Ils améliorent le réseau électrique traditionnel en permettant une communication bidirectionnelle entre les différentes parties du système. Les compteurs intelligents jouent un rôle essentiel dans cette configuration en permettant le suivi en temps réel de l'utilisation et de la production d'énergie. Ils soutiennent l'intégration des sources d'énergie renouvelables et devraient devenir une norme dans de nombreux foyers.

#Avantages et défis du commerce de l'énergie P2P

L'essor des réseaux intelligents a donné naissance au concept de marchés locaux de l'énergie. Dans ces marchés, les utilisateurs peuvent échanger directement de l'électricité entre eux plutôt que de dépendre uniquement des fournisseurs. Ce système peut conduire à des prix plus bas pour les consommateurs, à une plus grande motivation pour produire de l'énergie renouvelable, et à un meilleur équilibre entre la production et la consommation d'énergie locale. Cependant, il y a des défis. Les utilisateurs doivent anticiper leurs besoins en énergie à l'avance, ce qui peut être difficile et ne reflète pas toujours la consommation en temps réel. Il y a aussi le risque d'exposer des données privées des foyers lors du calcul des factures basées sur la consommation d'énergie.

#Énoncé du problème

Dans de nombreux marchés d'énergie P2P, les utilisateurs soumettent leurs besoins énergétiques prévus bien avant d'utiliser réellement l'énergie. De nombreux facteurs entrent en jeu, comme les données de consommation historique et les prévisions météorologiques. Malgré ces outils, il est difficile de prédire avec précision les besoins en énergie. Parfois, les utilisateurs peuvent consommer ou produire plus d'énergie que ce qu'ils avaient initialement engagé. Ces écarts peuvent perturber l'opération efficace du réseau et entraîner des coûts plus élevés pour équilibrer l'offre et la demande d'énergie.

De plus, pour calculer les factures et les récompenses, des relevés détaillés doivent être partagés avec d'autres acteurs du marché de l'énergie. Ces informations sensibles peuvent révéler des détails personnels sur les individus et peuvent violer les lois sur la vie privée. Il est donc crucial de trouver un moyen de gérer la facturation de manière sécurisée tout en permettant aux participants de s'engager efficacement sur le marché de l'énergie.

#Objectifs et buts

Ce rapport vise à créer une solution préservant la vie privée pour le calcul des factures d'énergie et des récompenses dans les marchés de l'énergie locaux où les engagements fluctuent. Les objectifs incluent :

1. Passer en revue la littérature existante pour identifier les lacunes dans la recherche.
2. Concevoir un protocole pour une facturation sécurisée sur les marchés d'énergie locaux.
3. Mettre en œuvre et tester l'algorithme proposé pour son efficacité et sa praticité.
4. Évaluer les aspects de confidentialité et de performance du protocole, en tenant compte de différentes tailles de communauté.

#Limitations des solutions actuelles

Il existe quelques solutions existantes visant une facturation respectueuse de la vie privée dans les marchés de l'énergie. Certaines utilisent des méthodes de chiffrement homomorphe ou de calcul multipartite. Cependant, ces méthodes ne prennent pas en compte de manière adéquate les différences entre la consommation d'énergie réelle des utilisateurs et ce à quoi ils s'étaient engagés. Les protocoles précédents ont traité certaines préoccupations en matière de vie privée, mais n'ont pas géré les écarts individuels de manière efficace. Ils manquaient également de mécanismes permettant aux différents utilisateurs de compenser leurs dérives individuelles, ce qui pourrait réduire les coûts globaux.

#Contributions du travail

Ce rapport introduit un nouveau protocole, PPBSP, pour les marchés d'énergie locaux avec un respect imparfait des engagements. Les principales contributions comprennent :

1. Concevoir un protocole protégeant la vie privée qui calcule et établit les factures tout en tenant compte des écarts individuels.
2. Améliorer les modèles de facturation existants pour assurer une redistribution équitable des coûts parmi les participants.
3. Réaliser une analyse de la confidentialité en se concentrant sur les aspects protecteurs du protocole.
4. Tester la performance en termes de charge computationnelle et d'exigences de communication.

#Structure du rapport

Ce rapport est organisé en plusieurs sections :

• Informations de base sur les réseaux intelligents et les marchés locaux de l'énergie.
• Vue d'ensemble de la conception du protocole et de ses propriétés.
• Analyse des caractéristiques de confidentialité et de sécurité, accompagnée d'une évaluation de la performance.
• Synthèse des résultats et suggestions pour des recherches futures.

#Contexte et travaux connexes

Les réseaux électriques intelligents représentent une amélioration significative par rapport aux systèmes électriques traditionnels en fournissant une communication en temps réel entre utilisateurs et fournisseurs. Les compteurs intelligents permettent un suivi précis de l'utilisation de l'énergie et soutiennent les innovations dans le commerce de l'énergie.

#Marchés locaux de l'énergie

Dans de nombreux marchés de l'énergie, les consommateurs ne peuvent acheter ou vendre de l'énergie que par l'intermédiaire de leurs fournisseurs, limitant les options pour optimiser les coûts. Les marchés locaux de l'énergie offrent plus de flexibilité en permettant des échanges directs entre utilisateurs. Cela peut réduire le gaspillage d'énergie et encourager l'utilisation d'énergie renouvelable.

#Modèle de facturation P2P

Dans les marchés P2P, les prix de l'énergie fluctuent en fonction de l'offre et de la demande. Ce système encourage les utilisateurs à prévoir leurs besoins énergétiques futurs. Cependant, les écarts individuels peuvent entraîner des conflits entre l'utilisation d'énergie prévue et réelle, compliquant ainsi les processus de facturation.

#Problèmes de confidentialité

Des recherches ont montré que les données de consommation d'énergie peuvent révéler des informations personnelles. Des techniques comme le suivi de la charge des appareils non intrusif peuvent exposer des détails sensibles sur les ménages. Assurer la confidentialité des utilisateurs dans les systèmes de réseaux intelligents est crucial, car de nombreux acteurs s'engagent dans des pratiques de partage de données.

#Modèle de système

Le système proposé comprend différentes entités, y compris des consommateurs, des fournisseurs d'énergie, une plateforme d'échange, et un opérateur de réseau. Chaque utilisateur peut soit consommer soit produire de l'énergie, tandis que la plateforme d'échange gère le marché et calcule les factures en fonction de l'activité des utilisateurs.

#Modèle de menace

Les entités de ce modèle sont considérées comme honnêtes mais curieuses. Elles suivent les protocoles avec précision tout en essayant de tirer le maximum d'informations de leurs interactions. Par conséquent, les mesures de sécurité sont cruciales pour protéger les données des utilisateurs contre tout accès ou manipulation non autorisé.

#Exigences de confidentialité et de sécurité

Le protocole doit satisfaire plusieurs exigences :

• Confidentialité des relevés détaillés des compteurs d'énergie, permettant uniquement aux parties concernées d'accéder aux données chiffrées.
• Protection des informations de facturation partielles jusqu'à ce que les factures finales puissent être réglées.
• Responsabilité des fournisseurs pour s'assurer qu'ils gèrent correctement les transactions des utilisateurs.

#Conception du protocole

Le protocole PPBSP est divisé en trois phases :

1. Initialisation : Les fournisseurs et les opérateurs de réseau génèrent des paires de clés publiques-privées. La plateforme d'échange est configurée avec une liste d'utilisateurs et de fournisseurs d'énergie.
2. Calcul de facture partielle : À la fin de chaque période d'échange, les compteurs intelligents des utilisateurs envoient des données chiffrées à la plateforme d'échange. La plateforme calcule les factures partielles de chaque utilisateur en tenant compte des écarts individuels.
3. Règlement de la facture finale : À la fin de la période de facturation, la plateforme d'échange agrège les factures partielles et les communique aux fournisseurs d'énergie respectifs pour règlement.

#Protocole utilisateur

Le compteur intelligent de chaque utilisateur envoie des données chiffrées sur l'électricité consommée ou produite pendant la période d'échange. Les données incluent des informations sur l'acceptation des offres et la quantité d'énergie que l'utilisateur s'est engagé à apporter au marché. Ce processus garantit que les détails sensibles restent privés tout en permettant une facturation précise.

#Protocole de la plateforme d'échange

La plateforme d'échange calcule les factures partielles en fonction des entrées des utilisateurs et envoie les profits agrégés aux fournisseurs d'énergie. Cette information est également chiffrée pour maintenir la confidentialité tout en assurant un reporting précis.

#Vue d'ensemble des modèles de facturation

Différents modèles de facturation ont été développés pour répondre aux besoins des marchés P2P. Chaque modèle prend en compte à la fois les écarts individuels et améliore la méthode de redistribution des coûts parmi les utilisateurs.

#Modèle de facturation actuel

Ce modèle reflète les pratiques traditionnelles où les consommateurs ne peuvent transiger qu'avec leurs fournisseurs. Les utilisateurs font face à des incitations limitées pour réduire les coûts d'énergie ou se tourner vers les énergies renouvelables.

#Modèle de partage des coûts individuel

Dans ce modèle, chaque utilisateur est indépendamment responsable de la compensation de ses écarts. Cette approche permet aux consommateurs de naviguer sur le marché de l'énergie tout en réglant les écarts individuels avec les fournisseurs.

#Modèle de partage des coûts social pondéré

Ce modèle permet aux utilisateurs de regrouper leurs écarts d'énergie, permettant une compensation équitable entre les participants en fonction de leurs contributions aux schémas de consommation d'énergie totale.

#Modèle de partage des coûts universel pondéré

Ce dernier modèle répartit les écarts entre consommateurs et producteurs, garantissant que les utilisateurs produisant un excès d'énergie ou consommant moins peuvent contribuer efficacement à l'équilibre du réseau.

#Protocole de l'opérateur de réseau

L'opérateur de réseau vérifie les transactions en décryptant les valeurs agrégées et en s'assurant que les calculs sont corrects par la plateforme d'échange. Cette supervision aide à prévenir les activités malhonnêtes de la part des fournisseurs et maintient l'intégrité du système.

#Évaluation

#Analyse de la confidentialité et de la sécurité

Le protocole PPBSP assure que les données de mesure restent confidentielles, seules les données agrégées étant accessibles aux entités autorisées. Grâce à des mesures de sécurité établies, tout accès non autorisé aux informations sensibles est prévenu.

#Évaluation de la performance

La charge de travail sur les composants du système est analysée pour déterminer l'efficacité du protocole. Des simulations démontrent la praticité du protocole pour des scénarios du monde réel, montrant sa scalabilité à travers différentes tailles de marché.

#Conclusions et travaux futurs

Le protocole PPBSP offre un cadre solide pour une facturation respectant la vie privée dans les marchés locaux de l'énergie. Sa capacité à gérer les écarts entre l'utilisation d'énergie engagée et réelle aborde des problèmes clés auxquels fait face le commerce P2P. Les travaux futurs pourraient impliquer la formalisation des preuves des propriétés de confidentialité et la réalisation de simulations extensives au sein de systèmes de réseaux intelligents plus vastes pour valider encore plus l'efficacité du protocole.