[論文レビュー] A Survey on Privacy-preserving Schemes for Smart Grid Communications

Mohamed Amine Ferrag, Λέανδρος Μαγλαράς+2 more|arXiv (Cornell University)|Nov 23, 2016

Smart Grid Security and Resilience参考文献 127被引用数 26

ひとこと要約

本論文は、2013年から2016年にかけて発表されたスマートグリッド通信における30のプライバシー保護スキームの包括的サーベイを提示しており、それらを5つのアーキテクチャ的カテゴリーに分類し、プライバシーの脅威、対策、ゲーム理論的モデルを分析している。主な貢献は、プライバシー攻撃および防御の体系的分類であり、今後の研究におけるIoT統合、クラウドセキュリティ、相互依存的プライバシーメトリクスといった分野への提言を含む。

ABSTRACT

In this paper, we present a comprehensive survey of privacy-preserving schemes for Smart Grid communications. Specifically, we select and in-detail examine thirty privacy preserving schemes developed for or applied in the context of Smart Grids. Based on the communication and system models, we classify these schemes that are published between 2013 and 2016, in five categories, including, 1) Smart grid with the advanced metering infrastructure, 2) Data aggregation communications, 3) Smart grid marketing architecture, 4) Smart community of home gateways, and 5) Vehicle-to grid architecture. For each scheme, we survey the attacks of leaking privacy, countermeasures, and game theoretic approaches. In addition, we review the survey articles published in the recent years that deal with Smart Grids communications, applications, standardization, and security. Based on the current survey, several recommendations for further research are discussed at the end of this paper.

研究の動機と目的

• 2013年から2016年にかけて発表されたスマートグリッド通信におけるプライバシー保護スキームを体系的にレビューおよび分類すること。
• 主なプライバシー脅威を特定および分類すること、特に鍵ベース、データベース、なりすましベース、物理ベースの攻撃を含む。
• 既存のスキームで用いられる対策、ゲーム理論的モデル、形式的検証技術を分析すること。
• 30の最先端のプライバシー保護スキームを、主要なメトリクスで比較する側面比較を提供すること。
• スマートグリッドのプライバシー分野における未解決の研究課題を特定し、今後の研究方向性（IoT統合、クラウドセキュリティ、倫理的設計）を提言すること。

提案手法

• 30のプライバシー保護スキームを5つのアーキテクチャ的カテゴリーに分類：高度メーターインフラストラクチャ、データ集約、スマートグリッドマーケティング、ホームゲートウェイのスマートコミュニティ、および車両対グリッド（V2G）システム。
• プライバシー攻撃を4つのタイプに分類：鍵ベース、データベース、なりすましベース、物理ベースの攻撃。
• 調査されたスキームで用いられる暗号化、匿名化、アクセス制御メカニズムなどの対策をレビューおよび統合すること。
• プライバシーとセキュリティを保証するスマートグリッドプロトコルに適用されたゲーム理論的モデルおよび形式的証明技術を分析すること。
• 脅威モデル、セキュリティ特性、パフォーマンス特性を含む、30のスキームの詳細な表形式の比較を提供すること。
• 現在のスキームの制限と新興のスマートグリッドトレンドを分析することで、今後の研究ギャップを同定すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 スマートグリッド通信における支配的なプライバシー脅威は何か、それらは文献においてどのように分類されているか？
• RQ2 既存のプライバシー保護スキームは、鍵漏洩、データ推論、なりすまし攻撃といった特定の攻撃に対してどのように対処しているか？
• RQ3 ゲーム理論的モデルと形式的検証は、スマートグリッドシステムにおけるプライバシーと信頼性を強化するために果たす役割は何か？
• RQ4 異なるスマートグリッドアプリケーション分野におけるプライバシー保護スキームの主な技術的およびアーキテクチャ的差異は何か？
• RQ5 スマートグリッドプライバシー分野における最も深刻な未解決の課題は何か、今後の研究はそれらをどのように解決できるか？

主な発見

• 本サーベイは、スマートグリッド環境における特徴的な脅威ベクトルを有する4つの主要なプライバシー攻撃カテゴリを同定した：鍵ベース、データベース、なりすましベース、物理ベースの攻撃。
• データ機密性およびアクセス制御を保護するために、IDベース暗号、プレフィックス暗号、単調スパンプログラムが広く用いられている。
• ゲーム理論的モデルは、スマートグリッドアプリケーションにおけるプライバシー、セキュリティ、経済的インcentivesのバランスを図るために、ますます広く応用されている。
• 30のスキームの側面比較により、脅威カバレッジ、効率性、形式的検証の使用において顕著なばらつきが明らかになった。多くのスキームが包括的なセキュリティ証明を欠いている。
• 今後の研究は、Sybil攻撃、偽造攻撃、ワームホール攻撃の検出、プライバシーを保持するインシデント検知システム、相互依存的プライバシーのためのメトリクスの開発に向けられる必要がある。
• IoT、クラウドコンピューティング、およびエナジーのインターネット（IoE）の統合は、新たなプライバシー課題をもたらし、それらに対応する新規でスケーラブルかつ倫理的に整合したプライバシー保護プロトコルの開発が求められる。