本發(fā)明涉及變壓器控制領(lǐng)域，具體涉及一種集中控制式室內(nèi)變壓器溫度控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

室內(nèi)變壓器是變壓器一個(gè)很重要的布置方式，其大多采用風(fēng)冷或者油循環(huán)風(fēng)冷，主要的溫度控制手段是調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)的啟停和轉(zhuǎn)速。隨著集中控制的普及，集中控制端要處理的數(shù)據(jù)越來(lái)越大，這大大增加了一次投資和運(yùn)行成本，因此利用云計(jì)算的強(qiáng)大計(jì)算能力來(lái)減輕負(fù)擔(dān)，成為本領(lǐng)域的趨勢(shì)。另外變壓器作為重要設(shè)備，其溫度控制的保密和安全性也是十分重要的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種集中控制式室內(nèi)變壓器溫度控制系統(tǒng)。

本發(fā)明的目的采用以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：

一種集中控制式室內(nèi)變壓器溫度控制系統(tǒng)，包括溫度采集器，所述溫度采集器包括室內(nèi)環(huán)境溫度測(cè)點(diǎn)和變壓器繞組溫度測(cè)點(diǎn)，分別用于測(cè)量室內(nèi)環(huán)境溫度和變壓器繞組溫度，采集到的數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳送到集中控制端；

集中控制端，將收集到的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)加密后上傳至云服務(wù)器，并接受云服務(wù)器的計(jì)算結(jié)果，同時(shí)設(shè)置有人工操作窗口，所述人工操作窗口經(jīng)過(guò)指紋驗(yàn)證器后才能操作，用戶通過(guò)人工操作窗口強(qiáng)制獲得或者修改溫度數(shù)據(jù)；

云服務(wù)器，包括計(jì)算云服務(wù)器、儲(chǔ)存云服務(wù)器和指紋樣本庫(kù)，所述計(jì)算云服務(wù)器為數(shù)據(jù)處理提供計(jì)算支撐，所述儲(chǔ)存云服務(wù)器用于儲(chǔ)存集中控制端傳送的的各種數(shù)據(jù)，指紋樣本庫(kù)儲(chǔ)存用于驗(yàn)證用戶身份的指紋數(shù)據(jù)，將指紋驗(yàn)證器輸入的指紋與指紋樣本庫(kù)的指紋數(shù)據(jù)相匹配，找到匹配的指紋后向人工操作窗口發(fā)出允許操作的指令；所述計(jì)算云服務(wù)器根據(jù)得到的室內(nèi)環(huán)境溫度和變壓器繞組溫度來(lái)確定最佳的變壓器風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，并將計(jì)算結(jié)果發(fā)送到集中控制端，集中控制端根據(jù)此結(jié)果來(lái)控制風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速；

數(shù)據(jù)儲(chǔ)存和恢復(fù)單元，設(shè)置在集中控制端與云服務(wù)器之間，通過(guò)加密的方式對(duì)傳送的溫度數(shù)據(jù)和指紋數(shù)據(jù)進(jìn)行加密并儲(chǔ)存到云服務(wù)器中，并提供可靠的數(shù)據(jù)恢復(fù)獲取功能；

本室內(nèi)變壓器溫度控制系統(tǒng)的有益效果為：設(shè)計(jì)了一種室內(nèi)變壓器溫度控制系統(tǒng)，同時(shí)采集室內(nèi)環(huán)境溫度和變壓器的繞組溫度作為原始數(shù)據(jù)，利用云計(jì)算對(duì)變壓器溫度進(jìn)行科學(xué)管理，使得集中控制端的計(jì)算和儲(chǔ)存量大大減少，并設(shè)計(jì)了獨(dú)特的數(shù)據(jù)加密和獲得方式，以及基于云服務(wù)器的指紋驗(yàn)證器。

附圖說(shuō)明

利用附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，但附圖中的實(shí)施例不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的任何限制，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)以下附圖獲得其它的附圖。

圖1是一種集中控制式室內(nèi)變壓器溫度控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖；

圖2是數(shù)據(jù)儲(chǔ)存和恢復(fù)單元的結(jié)構(gòu)框圖。

附圖標(biāo)記：溫度采集器-1；集中控制端-2；指紋驗(yàn)證器-3；數(shù)據(jù)儲(chǔ)存和恢復(fù)單元-4；云服務(wù)器-5；變壓器風(fēng)機(jī)-6；無(wú)線發(fā)送器-7；無(wú)線接收器-8；單片機(jī)-9；光學(xué)指紋傳感器-10；數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊-21；數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊-22；數(shù)據(jù)恢復(fù)模塊-23；數(shù)據(jù)評(píng)估模塊-24；數(shù)據(jù)分割子模塊-221；數(shù)據(jù)加密子模塊-222；云存儲(chǔ)子模塊223分級(jí)匹配子模塊-231；匹配容錯(cuò)子模塊-232。

具體實(shí)施方式

結(jié)合以下實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。

應(yīng)用場(chǎng)景1：

如圖1所示的一種集中控制式室內(nèi)變壓器溫度控制系統(tǒng)，包括溫度采集器1，所述溫度采集器1包括室內(nèi)環(huán)境溫度測(cè)點(diǎn)和變壓器繞組溫度測(cè)點(diǎn)，分別用于測(cè)量室內(nèi)環(huán)境溫度和變壓器繞組溫度，采集到的數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳送到集中控制端2；

集中控制端2，將收集到的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)加密后上傳至云服務(wù)器5，并接受云服務(wù)器5的計(jì)算結(jié)果，同時(shí)設(shè)置有人工操作窗口，所述人工操作窗口經(jīng)過(guò)指紋驗(yàn)證器3后才能操作，用戶通過(guò)人工操作窗口強(qiáng)制獲得或者修改溫度數(shù)據(jù)；

云服務(wù)器5，包括計(jì)算云服務(wù)器、儲(chǔ)存云服務(wù)器和指紋樣本庫(kù)，所述計(jì)算云服務(wù)器為數(shù)據(jù)處理提供計(jì)算支撐，所述儲(chǔ)存云服務(wù)器用于儲(chǔ)存集中控制端2傳送的的各種數(shù)據(jù)，指紋樣本庫(kù)儲(chǔ)存用于驗(yàn)證用戶身份的指紋數(shù)據(jù)，將指紋驗(yàn)證器3輸入的指紋與指紋樣本庫(kù)的指紋數(shù)據(jù)相匹配，找到匹配的指紋后向人工操作窗口發(fā)出允許操作的指令；所述計(jì)算云服務(wù)器根據(jù)得到的室內(nèi)環(huán)境溫度和變壓器繞組溫度來(lái)確定最佳的變壓器風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，并將計(jì)算結(jié)果發(fā)送到集中控制端2，集中控制端2根據(jù)此結(jié)果來(lái)控制風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速；

數(shù)據(jù)儲(chǔ)存和恢復(fù)單元4，設(shè)置在集中控制端2與云服務(wù)器5之間，通過(guò)加密的方式對(duì)傳送的溫度數(shù)據(jù)和指紋數(shù)據(jù)進(jìn)行加密并儲(chǔ)存到云服務(wù)器5中，并提供可靠的數(shù)據(jù)恢復(fù)獲取功能。

本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種室內(nèi)變壓器溫度控制系統(tǒng)，同時(shí)采集室內(nèi)環(huán)境溫度和變壓器的繞組溫度作為原始數(shù)據(jù)，利用云計(jì)算對(duì)變壓器溫度進(jìn)行科學(xué)管理，使得集中控制端的計(jì)算和儲(chǔ)存量大大減少，并設(shè)計(jì)了獨(dú)特的數(shù)據(jù)加密和獲得方式，以及基于云服務(wù)器的指紋驗(yàn)證器。

優(yōu)選地，所述指紋驗(yàn)證器2包括內(nèi)置的無(wú)線接收器8、單片機(jī)9、無(wú)線發(fā)送器7和光學(xué)指紋傳感器10，所述光學(xué)指紋傳感器10用于用戶輸入指紋，所述無(wú)線發(fā)送器7用于將接收到的指紋發(fā)送給指紋樣本庫(kù)進(jìn)行匹配。

優(yōu)選地，所述無(wú)線發(fā)送器7用于當(dāng)無(wú)線接收器8故障時(shí)，從指紋樣本庫(kù)接收指紋數(shù)據(jù)，并儲(chǔ)存到單片機(jī)上9，然后通過(guò)單片機(jī)9對(duì)用戶輸入的指紋進(jìn)行匹配。

優(yōu)選地，如圖2所示，所述數(shù)據(jù)儲(chǔ)存和恢復(fù)單元包括數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊21、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊22、數(shù)據(jù)恢復(fù)模塊23和數(shù)據(jù)評(píng)估模塊24：

(1)數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊21，用于對(duì)所述集中控制端2來(lái)的大規(guī)模數(shù)據(jù)進(jìn)行分類(lèi)，其具體執(zhí)行以下操作：通過(guò)K-means聚類(lèi)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分類(lèi)，以聚類(lèi)中心為名稱(chēng)為每一分類(lèi)建立目錄，重復(fù)以上分類(lèi)過(guò)程，將數(shù)據(jù)進(jìn)行細(xì)分，形成分類(lèi)下的子分類(lèi)，并形成數(shù)據(jù)的多級(jí)目錄。

(2)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊22，包括數(shù)據(jù)分割子模塊221、數(shù)據(jù)加密子模塊222和云存儲(chǔ)子模塊223：

a、數(shù)據(jù)分割子模塊221，用于對(duì)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分割，其具體執(zhí)行以下操作：

當(dāng)需要存儲(chǔ)數(shù)據(jù)r時(shí)，首先在集中控制端2把數(shù)據(jù)r分割成長(zhǎng)度均為h的n部分r₁，r₂，…，r_n，然后在有限域Z_P中將每個(gè)r_i分別分割成n個(gè)子塊r_i,1，r_i,2…r_i,n，其中p＞2^h，則對(duì)于第j個(gè)子塊r_i,j＝r_i·(r_i,1·r_i,2....r_i,j-1)^-1modp，其中mod代表求余運(yùn)算符；

將{r_i,1·r_i,2....r_i,n-1}設(shè)成是初始的分塊集，映射到集合{p₁,p₂…p_n}構(gòu)建線性相關(guān)關(guān)系，用下式表示線性方程組：

a_i1r_1,1+a_i2r_1,2+…+a_inr_1,n＝c_i,1

a_i1r_2,1+a_i2r_2,2+…+a_inr_2,n＝c_i,2

……

a_i1r_n,1+a_i2r_n,2+...+a_inr_n,n＝c_i,n

其中a_ij是從有限域Z_P中任意選取的，以此類(lèi)推得出C_2,1,c_2,2,…,c_2,n,…,c_n,1,c_n,2,…,c_n,n，用矩陣的形式表現(xiàn)出其相關(guān)關(guān)系，令則上述線性方程組表示為A×R＝C；

對(duì)矩陣R按下式進(jìn)行二次混合得到新的矩陣C‘：A×R×A＝C‘。

b、數(shù)據(jù)加密子模塊222，用于對(duì)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)進(jìn)行加密以提高數(shù)據(jù)的安全性，其具體執(zhí)行以下操作：

調(diào)用密匙生成函數(shù)，根據(jù)每個(gè)a_ij的值以及用戶(即負(fù)荷管理中心的使用者)輸入的安全參數(shù)λ值，輸出解密密匙對(duì){K_E，K_D}，并將加密密匙K_E與計(jì)算云服務(wù)器H_i共享，將解密密匙K_D存儲(chǔ)在集中控制端2。

通過(guò)計(jì)算云服務(wù)器向偽隨機(jī)序列生成器輸入a_ij，生成與a_ij一一對(duì)應(yīng)的標(biāo)識(shí)Tag_ij，同時(shí)調(diào)用同態(tài)加密函數(shù)，輸入加密密匙及每個(gè)a_ij所對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)值V_ij，生成密文Z_ij，容易知Tag_ij和c_ij均為n×n矩陣，分別記為T(mén)ag和Z矩陣；用Tag矩陣按下式對(duì)C‘進(jìn)行一次混合加密得到C“：Tag×C‘＝C“；然后用Z矩陣按下式對(duì)C“進(jìn)行二次混合加密得到C“’：C“×Z＝C“’；任意隨機(jī)產(chǎn)生B個(gè)虛擬向量，其中B≥2n，隨機(jī)地將該虛擬向量安排入C“’中，得到一個(gè)N₁×N₂的矩陣Q，其中N₁和N₂均大于n，所述虛擬向量用于掩飾真實(shí)的n值，進(jìn)一步加強(qiáng)了數(shù)據(jù)的安全性。在此實(shí)施例中，min(N₁,N₂)≥n+1，得到的矩陣Q的行數(shù)或者列數(shù)至少比n值大1，稱(chēng)為提高了1個(gè)安全等級(jí)。

c、云存儲(chǔ)子模塊223，用于將加密后的數(shù)據(jù)上傳到儲(chǔ)存云服務(wù)器進(jìn)行存儲(chǔ)，將得到的A、C、C‘、C“、C“’、Q、Tag、Z、由C“’得到矩陣Q時(shí)的具體隨機(jī)路徑以及所述虛擬向量上傳到儲(chǔ)存云服務(wù)器。

(3)數(shù)據(jù)恢復(fù)模塊23，用于根據(jù)用戶的請(qǐng)求將儲(chǔ)存數(shù)據(jù)的恢復(fù)和取出，其包括分級(jí)匹配子模塊231和匹配容錯(cuò)子模塊232，這里所指的用戶包括合法用戶和非法用戶：

a、分級(jí)匹配子模塊231，其具體執(zhí)行以下操作：

用戶發(fā)出請(qǐng)求需要恢復(fù)數(shù)據(jù)r，從儲(chǔ)存服務(wù)器中調(diào)出矩陣Q、生成矩陣Q時(shí)的隨機(jī)路徑和虛擬向量，按照該隨機(jī)路徑逆向剔除虛擬向量后得到矩陣C“’₁；

將C“’₁與從儲(chǔ)存服務(wù)器中調(diào)出的C“’比較，如果不匹配則報(bào)錯(cuò)，如果匹配則進(jìn)入下一步；

將C“’₁按照預(yù)先編寫(xiě)好的逆向函數(shù)以及從儲(chǔ)存服務(wù)器中調(diào)出的矩陣Z和矩陣Tag分別得出C“₁和C‘₁，并分別與C“和C‘比較，任一步驟不匹配均報(bào)錯(cuò)，匹配成功后進(jìn)入下一步；

調(diào)出矩陣A，一方面根據(jù)矩陣A的可逆性按照R＝A^-1C‘A^-1得到儲(chǔ)存數(shù)據(jù)r，另一方面將A用預(yù)先編好的解密函數(shù)解密，得到解密密匙K_D‘，K_D‘與存儲(chǔ)在集中控制端2的解密密匙K_D進(jìn)行比較，如果K_D‘與存儲(chǔ)在集中控制端2的解密密匙K_D相匹配，則云服務(wù)器向用戶發(fā)送得到的儲(chǔ)存數(shù)據(jù)r，這樣就恢復(fù)了數(shù)據(jù)r；

b、匹配容錯(cuò)子模塊232：

如果K_D‘與K_D無(wú)法匹配則報(bào)錯(cuò)并且將得到的數(shù)據(jù)r在設(shè)定的時(shí)間t內(nèi)作保存，如果在時(shí)間t內(nèi)用戶重新匹配上密匙，則直接將數(shù)據(jù)r發(fā)送給用戶，否則丟失該數(shù)據(jù)r。

(4)數(shù)據(jù)評(píng)估模塊24，對(duì)數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊21中的數(shù)據(jù)分類(lèi)過(guò)程、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊22中的數(shù)據(jù)分割和加密過(guò)程、數(shù)據(jù)恢復(fù)模塊23中的分級(jí)匹配過(guò)程進(jìn)行監(jiān)督和評(píng)價(jià)，為后續(xù)的改進(jìn)提供數(shù)據(jù)支持。

在此實(shí)施例的室內(nèi)變壓器溫度控制系統(tǒng)中，(1)設(shè)置數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊21對(duì)大規(guī)模數(shù)據(jù)進(jìn)行分類(lèi)，能夠有效提高計(jì)算效率，減少時(shí)間成本；

(2)先對(duì)數(shù)據(jù)平均分割，再對(duì)每個(gè)子塊進(jìn)行分割，由于C中任意元素的值不僅與R中第j列有關(guān),也與R中其它的列有關(guān),關(guān)聯(lián)性強(qiáng)，而且將偽隨機(jī)函數(shù)和同態(tài)加密機(jī)制有機(jī)地結(jié)合在矩陣加密中，竊取者想要獲得數(shù)據(jù)r的完整信息，不光要對(duì)密匙和隨機(jī)函數(shù)進(jìn)行破解，而且必須獲得矩陣中每一個(gè)元素的值，才能恢復(fù)處全部信息；

(3)將隨機(jī)產(chǎn)生的虛擬向量隨機(jī)地安排到矩陣C“’中，能有效掩飾真實(shí)的n值，這進(jìn)一步提高了破譯的難度，這對(duì)于均分分割的方案來(lái)說(shuō)是尤為重要的，min(N₁,N₂)≥n+1，得到的矩陣Q的行數(shù)或者列數(shù)至少比n值大1，提高了1個(gè)安全等級(jí)；

(4)恢復(fù)數(shù)據(jù)過(guò)程中每一個(gè)步均與儲(chǔ)存的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，降低了容錯(cuò)率；一次數(shù)據(jù)恢復(fù)失敗后，并不立即丟失恢復(fù)出來(lái)的數(shù)據(jù)，而是采取暫存的方式，降低了系統(tǒng)的計(jì)算強(qiáng)度。

應(yīng)用場(chǎng)景2：

如圖1所示的一種集中控制式室內(nèi)變壓器溫度控制系統(tǒng)，包括溫度采集器1，所述溫度采集器1包括室內(nèi)環(huán)境溫度測(cè)點(diǎn)和變壓器繞組溫度測(cè)點(diǎn)，分別用于測(cè)量室內(nèi)環(huán)境溫度和變壓器繞組溫度，采集到的數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳送到集中控制端2；

集中控制端2，將收集到的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)加密后上傳至云服務(wù)器5，并接受云服務(wù)器5的計(jì)算結(jié)果，同時(shí)設(shè)置有人工操作窗口，所述人工操作窗口經(jīng)過(guò)指紋驗(yàn)證器3后才能操作，用戶通過(guò)人工操作窗口強(qiáng)制獲得或者修改溫度數(shù)據(jù)；

云服務(wù)器5，包括計(jì)算云服務(wù)器、儲(chǔ)存云服務(wù)器和指紋樣本庫(kù)，所述計(jì)算云服務(wù)器為數(shù)據(jù)處理提供計(jì)算支撐，所述儲(chǔ)存云服務(wù)器用于儲(chǔ)存集中控制端2傳送的的各種數(shù)據(jù)，指紋樣本庫(kù)儲(chǔ)存用于驗(yàn)證用戶身份的指紋數(shù)據(jù)，將指紋驗(yàn)證器3輸入的指紋與指紋樣本庫(kù)的指紋數(shù)據(jù)相匹配，找到匹配的指紋后向人工操作窗口發(fā)出允許操作的指令；所述計(jì)算云服務(wù)器根據(jù)得到的室內(nèi)環(huán)境溫度和變壓器繞組溫度來(lái)確定最佳的變壓器風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，并將計(jì)算結(jié)果發(fā)送到集中控制端2，集中控制端2根據(jù)此結(jié)果來(lái)控制風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速；

數(shù)據(jù)儲(chǔ)存和恢復(fù)單元4，設(shè)置在集中控制端2與云服務(wù)器5之間，通過(guò)加密的方式對(duì)傳送的溫度數(shù)據(jù)和指紋數(shù)據(jù)進(jìn)行加密并儲(chǔ)存到云服務(wù)器5中，并提供可靠的數(shù)據(jù)恢復(fù)獲取功能。

本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種室內(nèi)變壓器溫度控制系統(tǒng)，同時(shí)采集室內(nèi)環(huán)境溫度和變壓器的繞組溫度作為原始數(shù)據(jù)，利用云計(jì)算對(duì)變壓器溫度進(jìn)行科學(xué)管理，使得集中控制端的計(jì)算和儲(chǔ)存量大大減少，并設(shè)計(jì)了獨(dú)特的數(shù)據(jù)加密和獲得方式，以及基于云服務(wù)器的指紋驗(yàn)證器。

優(yōu)選地，所述指紋驗(yàn)證器2包括內(nèi)置的無(wú)線接收器8、單片機(jī)9、無(wú)線發(fā)送器7和光學(xué)指紋傳感器10，所述光學(xué)指紋傳感器10用于用戶輸入指紋，所述無(wú)線發(fā)送器7用于將接收到的指紋發(fā)送給指紋樣本庫(kù)進(jìn)行匹配。

優(yōu)選地，所述無(wú)線發(fā)送器7用于當(dāng)無(wú)線接收器8故障時(shí)，從指紋樣本庫(kù)接收指紋數(shù)據(jù)，并儲(chǔ)存到單片機(jī)上9，然后通過(guò)單片機(jī)9對(duì)用戶輸入的指紋進(jìn)行匹配。

優(yōu)選地，如圖2所示，所述數(shù)據(jù)儲(chǔ)存和恢復(fù)單元3包括數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊21、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊22、數(shù)據(jù)恢復(fù)模塊23和數(shù)據(jù)評(píng)估模塊24：

(1)數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊21，用于對(duì)所述集中控制端2來(lái)的大規(guī)模數(shù)據(jù)進(jìn)行分類(lèi)，其具體執(zhí)行以下操作：通過(guò)K-means聚類(lèi)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分類(lèi)，以聚類(lèi)中心為名稱(chēng)為每一分類(lèi)建立目錄，重復(fù)以上分類(lèi)過(guò)程，將數(shù)據(jù)進(jìn)行細(xì)分，形成分類(lèi)下的子分類(lèi)，并形成數(shù)據(jù)的多級(jí)目錄。

(2)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊22，包括數(shù)據(jù)分割子模塊221、數(shù)據(jù)加密子模塊222和云存儲(chǔ)子模塊223：

a、數(shù)據(jù)分割子模塊221，用于對(duì)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分割，其具體執(zhí)行以下操作：

當(dāng)需要存儲(chǔ)數(shù)據(jù)r時(shí)，首先在集中控制端把數(shù)據(jù)r分割成長(zhǎng)度均為h的n部分r₁，r₂，…，r_n，然后在有限域Z_P中將每個(gè)r_i分別分割成n個(gè)子塊r_i,1，r_i,2…r_i,n，其中p＞2^h，則對(duì)于第j個(gè)子塊r_i,j＝r_i.(r_i,1.r_i,2....r_i,j-1)^-1modp，其中mod代表求余運(yùn)算符；

將{r_i,1.r_i,2....r_i,n-1}設(shè)成是初始的分塊集，映射到集合{p₁,p₂…p_n}構(gòu)建線性相關(guān)關(guān)系，用下式表示線性方程組：

a_i1r_1,1+a_i2r_1,2+…+a_inr_1,n＝c_i,1

a_i1r_2,1+a_i2r_2,2+…+a_inr_2,n＝c_i,2

……

a_i1r_n,1+a_i2r_n,2+…+a_inr_n,n＝c_i,n

其中a_ij是從有限域Z_P中任意選取的，以此類(lèi)推得出c_2,1,c_2,2,…,c_2,n,…,c_n,1,c_n,2,…,c_n,n，用矩陣的形式表現(xiàn)出其相關(guān)關(guān)系，令則上述線性方程組表示為A×R＝C；

對(duì)矩陣R按下式進(jìn)行二次混合得到新的矩陣C‘：A×R×A＝C‘。

b、數(shù)據(jù)加密子模塊222，用于對(duì)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)進(jìn)行加密以提高數(shù)據(jù)的安全性，其具體執(zhí)行以下操作：

調(diào)用密匙生成函數(shù)，根據(jù)每個(gè)a_ij的值以及用戶(即負(fù)荷管理中心的使用者)輸入的安全參數(shù)λ值，輸出解密密匙對(duì){K_E，K_D}，并將加密密匙K_E與計(jì)算云服務(wù)器H_i共享，將解密密匙K_D存儲(chǔ)在集中控制端。

通過(guò)計(jì)算云服務(wù)器向偽隨機(jī)序列生成器輸入a_ij，生成與a_ij一一對(duì)應(yīng)的標(biāo)識(shí)Tag_ij，同時(shí)調(diào)用同態(tài)加密函數(shù)，輸入加密密匙及每個(gè)a_ij所對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)值V_ij，生成密文Z_ij，容易知Tag_ij和c_ij均為n×n矩陣，分別記為T(mén)ag和Z矩陣；用Tag矩陣按下式對(duì)C‘進(jìn)行一次混合加密得到C“：Tag×C‘＝C“；然后用Z矩陣按下式對(duì)C“進(jìn)行二次混合加密得到C“’：C“×Z＝C“’；任意隨機(jī)產(chǎn)生B個(gè)虛擬向量，其中B≥2n，隨機(jī)地將該虛擬向量安排入C“’中，得到一個(gè)N₁×N₂的矩陣Q，其中N₁和N₂均大于n，所述虛擬向量用于掩飾真實(shí)的n值，進(jìn)一步加強(qiáng)了數(shù)據(jù)的安全性。在此實(shí)施例中，min(N₁,N₂)≥n+2，得到的矩陣Q的行數(shù)或者列數(shù)至少比n值大2，稱(chēng)為提高了2個(gè)安全等級(jí)。

c、云存儲(chǔ)子模塊223，用于將加密后的數(shù)據(jù)上傳到儲(chǔ)存云服務(wù)器進(jìn)行存儲(chǔ)，將得到的A、C、C‘、C“、C“’、Q、Tag、Z、由C“’得到矩陣Q時(shí)的具體隨機(jī)路徑以及所述虛擬向量上傳到儲(chǔ)存云服務(wù)器。

(3)數(shù)據(jù)恢復(fù)模塊23，用于根據(jù)用戶的請(qǐng)求將儲(chǔ)存數(shù)據(jù)的恢復(fù)和取出，其包括分級(jí)匹配子模塊231和匹配容錯(cuò)子模塊232，這里所指的用戶包括合法用戶和非法用戶：

a、分級(jí)匹配子模塊231，其具體執(zhí)行以下操作：

用戶發(fā)出請(qǐng)求需要恢復(fù)數(shù)據(jù)r,從儲(chǔ)存服務(wù)器中調(diào)出矩陣Q、生成矩陣Q時(shí)的隨機(jī)路徑和虛擬向量，按照該隨機(jī)路徑逆向剔除虛擬向量后得到矩陣C“’₁；

將C“’₁與從儲(chǔ)存服務(wù)器中調(diào)出的C“’比較，如果不匹配則報(bào)錯(cuò)，如果匹配則進(jìn)入下一步；

將C“’₁按照預(yù)先編寫(xiě)好的逆向函數(shù)以及從儲(chǔ)存服務(wù)器中調(diào)出的矩陣Z和矩陣Tag分別得出C“₁和C‘₁，并分別與C“和C‘比較，任一步驟不匹配均報(bào)錯(cuò)，匹配成功后進(jìn)入下一步；

調(diào)出矩陣A，一方面根據(jù)矩陣A的可逆性按照R＝A^-1C‘A^-1得到儲(chǔ)存數(shù)據(jù)r，另一方面將A用預(yù)先編好的解密函數(shù)解密，得到解密密匙k_D‘，K_D‘與存儲(chǔ)在集中控制端的解密密匙K_D進(jìn)行比較，如果K_D‘與存儲(chǔ)在集中控制端的解密密匙K_D相匹配，則云服務(wù)器向用戶發(fā)送得到的儲(chǔ)存數(shù)據(jù)r，這樣就恢復(fù)了數(shù)據(jù)r；

b、匹配容錯(cuò)子模塊232：

如果K_D‘與K_D無(wú)法匹配則報(bào)錯(cuò)并且將得到的數(shù)據(jù)r在設(shè)定的時(shí)間t內(nèi)作保存，如果在時(shí)間t內(nèi)用戶重新匹配上密匙，則直接將數(shù)據(jù)r發(fā)送給用戶，否則丟失該數(shù)據(jù)r。

(4)數(shù)據(jù)評(píng)估模塊24，對(duì)數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊21中的數(shù)據(jù)分類(lèi)過(guò)程、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊22中的數(shù)據(jù)分割和加密過(guò)程、數(shù)據(jù)恢復(fù)模塊23中的分級(jí)匹配過(guò)程進(jìn)行監(jiān)督和評(píng)價(jià)，為后續(xù)的改進(jìn)提供數(shù)據(jù)支持。

在此實(shí)施例的室內(nèi)變壓器溫度控制系統(tǒng)中，(1)設(shè)置數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊21對(duì)大規(guī)模數(shù)據(jù)進(jìn)行分類(lèi)，能夠有效提高計(jì)算效率，減少時(shí)間成本；

(2)先對(duì)數(shù)據(jù)平均分割，再對(duì)每個(gè)子塊進(jìn)行分割，由于C中任意元素的值不僅與R中第j列有關(guān),也與R中其它的列有關(guān),關(guān)聯(lián)性強(qiáng)，而且將偽隨機(jī)函數(shù)和同態(tài)加密機(jī)制有機(jī)地結(jié)合在矩陣加密中，竊取者想要獲得數(shù)據(jù)r的完整信息，不光要對(duì)密匙和隨機(jī)函數(shù)進(jìn)行破解，而且必須獲得矩陣中每一個(gè)元素的值，才能恢復(fù)處全部信息；

(3)將隨機(jī)產(chǎn)生的虛擬向量隨機(jī)地安排到矩陣C“’中，能有效掩飾真實(shí)的n值，這進(jìn)一步提高了破譯的難度，這對(duì)于均分分割的方案來(lái)說(shuō)是尤為重要的，min(N₁,N₂)≥n+2，得到的矩陣Q的行數(shù)或者列數(shù)至少比n值大2，提高了2個(gè)安全等級(jí)；

(4)恢復(fù)數(shù)據(jù)過(guò)程中每一個(gè)步均與儲(chǔ)存的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，降低了容錯(cuò)率；一次數(shù)據(jù)恢復(fù)失敗后，并不立即丟失恢復(fù)出來(lái)的數(shù)據(jù)，而是采取暫存的方式，降低了系統(tǒng)的計(jì)算強(qiáng)度。

應(yīng)用場(chǎng)景3：

如圖1所示的一種集中控制式室內(nèi)變壓器溫度控制系統(tǒng)，包括溫度采集器1，所述溫度采集器1包括室內(nèi)環(huán)境溫度測(cè)點(diǎn)和變壓器繞組溫度測(cè)點(diǎn)，分別用于測(cè)量室內(nèi)環(huán)境溫度和變壓器繞組溫度，采集到的數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳送到集中控制端2；

集中控制端2，將收集到的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)加密后上傳至云服務(wù)器5，并接受云服務(wù)器5的計(jì)算結(jié)果，同時(shí)設(shè)置有人工操作窗口，所述人工操作窗口經(jīng)過(guò)指紋驗(yàn)證器3后才能操作，用戶通過(guò)人工操作窗口強(qiáng)制獲得或者修改溫度數(shù)據(jù)；

云服務(wù)器5，包括計(jì)算云服務(wù)器、儲(chǔ)存云服務(wù)器和指紋樣本庫(kù)，所述計(jì)算云服務(wù)器為數(shù)據(jù)處理提供計(jì)算支撐，所述儲(chǔ)存云服務(wù)器用于儲(chǔ)存集中控制端2傳送的的各種數(shù)據(jù)，指紋樣本庫(kù)儲(chǔ)存用于驗(yàn)證用戶身份的指紋數(shù)據(jù)，將指紋驗(yàn)證器3輸入的指紋與指紋樣本庫(kù)的指紋數(shù)據(jù)相匹配，找到匹配的指紋后向人工操作窗口發(fā)出允許操作的指令；所述計(jì)算云服務(wù)器根據(jù)得到的室內(nèi)環(huán)境溫度和變壓器繞組溫度來(lái)確定最佳的變壓器風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，并將計(jì)算結(jié)果發(fā)送到集中控制端2，集中控制端2根據(jù)此結(jié)果來(lái)控制風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速；

數(shù)據(jù)儲(chǔ)存和恢復(fù)單元4，設(shè)置在集中控制端2與云服務(wù)器5之間，通過(guò)加密的方式對(duì)傳送的溫度數(shù)據(jù)和指紋數(shù)據(jù)進(jìn)行加密并儲(chǔ)存到云服務(wù)器5中，并提供可靠的數(shù)據(jù)恢復(fù)獲取功能。

本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種室內(nèi)變壓器溫度控制系統(tǒng)，同時(shí)采集室內(nèi)環(huán)境溫度和變壓器的繞組溫度作為原始數(shù)據(jù)，利用云計(jì)算對(duì)變壓器溫度進(jìn)行科學(xué)管理，使得集中控制端的計(jì)算和儲(chǔ)存量大大減少，并設(shè)計(jì)了獨(dú)特的數(shù)據(jù)加密和獲得方式，以及基于云服務(wù)器的指紋驗(yàn)證器。

優(yōu)選地，所述指紋驗(yàn)證器2包括內(nèi)置的無(wú)線接收器8、單片機(jī)9、無(wú)線發(fā)送器7和光學(xué)指紋傳感器10，所述光學(xué)指紋傳感器10用于用戶輸入指紋，所述無(wú)線發(fā)送器7用于將接收到的指紋發(fā)送給指紋樣本庫(kù)進(jìn)行匹配。

優(yōu)選地，所述無(wú)線發(fā)送器7用于當(dāng)無(wú)線接收器8故障時(shí)，從指紋樣本庫(kù)接收指紋數(shù)據(jù)，并儲(chǔ)存到單片機(jī)上9，然后通過(guò)單片機(jī)9對(duì)用戶輸入的指紋進(jìn)行匹配。

優(yōu)選地，如圖2所示，所述數(shù)據(jù)儲(chǔ)存和恢復(fù)單元包括數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊21、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊22、數(shù)據(jù)恢復(fù)模塊23和數(shù)據(jù)評(píng)估模塊24：

(1)數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊21，用于對(duì)所述集中控制端2來(lái)的大規(guī)模數(shù)據(jù)進(jìn)行分類(lèi)，其具體執(zhí)行以下操作：通過(guò)K-means聚類(lèi)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分類(lèi)，以聚類(lèi)中心為名稱(chēng)為每一分類(lèi)建立目錄，重復(fù)以上分類(lèi)過(guò)程，將數(shù)據(jù)進(jìn)行細(xì)分，形成分類(lèi)下的子分類(lèi)，并形成數(shù)據(jù)的多級(jí)目錄。

(2)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊22，包括數(shù)據(jù)分割子模塊221、數(shù)據(jù)加密子模塊222和云存儲(chǔ)子模塊223：

a、數(shù)據(jù)分割子模塊221，用于對(duì)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分割，其具體執(zhí)行以下操作：

當(dāng)需要存儲(chǔ)數(shù)據(jù)r時(shí)，首先在集中控制端把數(shù)據(jù)r分割成長(zhǎng)度均為h的n部分r₁，r₂，…，r_n，然后在有限域Z_P中將每個(gè)r_i分別分割成n個(gè)子塊r_i,1，r_i,2…r_i,n，其中p＞2^h，則對(duì)于第j個(gè)子塊r_i,j＝r_i·(r_i,1·r_i,2....r_i,j-1)^-1modp，其中mod代表求余運(yùn)算符；

將{r_i,1·r_i,2....r_i,n-1}設(shè)成是初始的分塊集，映射到集合{p₁,p₂…p_n}構(gòu)建線性相關(guān)關(guān)系，用下式表示線性方程組：

a_i1r_1,1+a_i2r_1,2+…+a_inr_1,n＝c_i,1

a_i1r_2,1+a_i2r_2,2+…+a_inr_2,n＝c_i,2

……

a_i1r_n,1+a_i2r_n,2+…+a_inr_n,n＝c_i,n

其中a_ij是從有限域Z_P中任意選取的，以此類(lèi)推得出c_2,1,c_2,2,…,c_2,n,…,c_n,1,c_n,2,…,c_n,n，用矩陣的形式表現(xiàn)出其相關(guān)關(guān)系，令則上述線性方程組表示為A×R＝C；

對(duì)矩陣R按下式進(jìn)行二次混合得到新的矩陣C‘：A×R×A＝C‘。

b、數(shù)據(jù)加密子模塊222，用于對(duì)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)進(jìn)行加密以提高數(shù)據(jù)的安全性，其具體執(zhí)行以下操作：

調(diào)用密匙生成函數(shù)，根據(jù)每個(gè)a_ij的值以及用戶(即負(fù)荷管理中心的使用者)輸入的安全參數(shù)λ值，輸出解密密匙對(duì){K_E，K_D}，并將加密密匙K_E與計(jì)算云服務(wù)器H_i共享，將解密密匙K_D存儲(chǔ)在集中控制端。

通過(guò)計(jì)算云服務(wù)器向偽隨機(jī)序列生成器輸入a_ij，生成與a_ij一一對(duì)應(yīng)的標(biāo)識(shí)Tag_ij，同時(shí)調(diào)用同態(tài)加密函數(shù)，輸入加密密匙及每個(gè)a_ij所對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)值V_ij，生成密文Z_ij，容易知Tag_ij和c_ij均為n×n矩陣，分別記為T(mén)ag和Z矩陣；用Tag矩陣按下式對(duì)C‘進(jìn)行一次混合加密得到C“：Tag×C‘＝C“；然后用Z矩陣按下式對(duì)C“進(jìn)行二次混合加密得到C“’：C“×Z＝C“’；任意隨機(jī)產(chǎn)生B個(gè)虛擬向量，其中B≥2n，隨機(jī)地將該虛擬向量安排入C“’中，得到一個(gè)N₁×N₂的矩陣Q，其中N₁和N₂均大于n，所述虛擬向量用于掩飾真實(shí)的n值，進(jìn)一步加強(qiáng)了數(shù)據(jù)的安全性。在此實(shí)施例中，min(N₁,N₂)≥n+3，得到的矩陣Q的行數(shù)或者列數(shù)至少比n值大3，稱(chēng)為提高了3個(gè)安全等級(jí)。

c、云存儲(chǔ)子模塊223，用于將加密后的數(shù)據(jù)上傳到儲(chǔ)存云服務(wù)器進(jìn)行存儲(chǔ)，將得到的A、C、C‘、C“、C“’、Q、Tag、Z、由C“’得到矩陣Q時(shí)的具體隨機(jī)路徑以及所述虛擬向量上傳到儲(chǔ)存云服務(wù)器。

(3)數(shù)據(jù)恢復(fù)模塊23，用于根據(jù)用戶的請(qǐng)求將儲(chǔ)存數(shù)據(jù)的恢復(fù)和取出，其包括分級(jí)匹配子模塊231和匹配容錯(cuò)子模塊232，這里所指的用戶包括合法用戶和非法用戶：

a、分級(jí)匹配子模塊231，其具體執(zhí)行以下操作：

用戶發(fā)出請(qǐng)求需要恢復(fù)數(shù)據(jù)r,從儲(chǔ)存服務(wù)器中調(diào)出矩陣Q、生成矩陣Q時(shí)的隨機(jī)路徑和虛擬向量，按照該隨機(jī)路徑逆向剔除虛擬向量后得到矩陣C“’₁；

將C“’₁與從儲(chǔ)存服務(wù)器中調(diào)出的C“’比較，如果不匹配則報(bào)錯(cuò)，如果匹配則進(jìn)入下一步；

將C“’₁按照預(yù)先編寫(xiě)好的逆向函數(shù)以及從儲(chǔ)存服務(wù)器中調(diào)出的矩陣Z和矩陣Tag分別得出C“₁和C‘₁，并分別與C“和C‘比較，任一步驟不匹配均報(bào)錯(cuò)，匹配成功后進(jìn)入下一步；

調(diào)出矩陣A，一方面根據(jù)矩陣A的可逆性按照R＝A^-1C‘A^-1得到儲(chǔ)存數(shù)據(jù)r，另一方面將A用預(yù)先編好的解密函數(shù)解密，得到解密密匙K_D‘，K_D‘與存儲(chǔ)在集中控制端的解密密匙K_D進(jìn)行比較，如果K_D‘與存儲(chǔ)在集中控制端的解密密匙K_D相匹配，則云服務(wù)器向用戶發(fā)送得到的儲(chǔ)存數(shù)據(jù)r，這樣就恢復(fù)了數(shù)據(jù)r；

b、匹配容錯(cuò)子模塊232：

如果K_D‘與K_D無(wú)法匹配則報(bào)錯(cuò)并且將得到的數(shù)據(jù)r在設(shè)定的時(shí)間t內(nèi)作保存，如果在時(shí)間t內(nèi)用戶重新匹配上密匙，則直接將數(shù)據(jù)r發(fā)送給用戶，否則丟失該數(shù)據(jù)r。

(4)數(shù)據(jù)評(píng)估模塊24，對(duì)數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊21中的數(shù)據(jù)分類(lèi)過(guò)程、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊22中的數(shù)據(jù)分割和加密過(guò)程、數(shù)據(jù)恢復(fù)模塊23中的分級(jí)匹配過(guò)程進(jìn)行監(jiān)督和評(píng)價(jià)，為后續(xù)的改進(jìn)提供數(shù)據(jù)支持。

在此實(shí)施例的室內(nèi)變壓器溫度控制系統(tǒng)中，(1)設(shè)置數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊21對(duì)大規(guī)模數(shù)據(jù)進(jìn)行分類(lèi)，能夠有效提高計(jì)算效率，減少時(shí)間成本；

(2)先對(duì)數(shù)據(jù)平均分割，再對(duì)每個(gè)子塊進(jìn)行分割，由于C中任意元素的值不僅與R中第j列有關(guān),也與R中其它的列有關(guān),關(guān)聯(lián)性強(qiáng)，而且將偽隨機(jī)函數(shù)和同態(tài)加密機(jī)制有機(jī)地結(jié)合在矩陣加密中，竊取者想要獲得數(shù)據(jù)r的完整信息，不光要對(duì)密匙和隨機(jī)函數(shù)進(jìn)行破解，而且必須獲得矩陣中每一個(gè)元素的值，才能恢復(fù)處全部信息；

(3)將隨機(jī)產(chǎn)生的虛擬向量隨機(jī)地安排到矩陣C“’中，能有效掩飾真實(shí)的n值，這進(jìn)一步提高了破譯的難度，這對(duì)于均分分割的方案來(lái)說(shuō)是尤為重要的，min(N₁,N₂)≥n+3，得到的矩陣Q的行數(shù)或者列數(shù)至少比n值大3，提高了3個(gè)安全等級(jí)；

(4)恢復(fù)數(shù)據(jù)過(guò)程中每一個(gè)步均與儲(chǔ)存的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，降低了容錯(cuò)率；一次數(shù)據(jù)恢復(fù)失敗后，并不立即丟失恢復(fù)出來(lái)的數(shù)據(jù)，而是采取暫存的方式，降低了系統(tǒng)的計(jì)算強(qiáng)度。

應(yīng)用場(chǎng)景4:

如圖1所示的一種集中控制式室內(nèi)變壓器溫度控制系統(tǒng)，包括溫度采集器1，所述溫度采集器1包括室內(nèi)環(huán)境溫度測(cè)點(diǎn)和變壓器繞組溫度測(cè)點(diǎn)，分別用于測(cè)量室內(nèi)環(huán)境溫度和變壓器繞組溫度，采集到的數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳送到集中控制端2；

集中控制端2，將收集到的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)加密后上傳至云服務(wù)器5，并接受云服務(wù)器5的計(jì)算結(jié)果，同時(shí)設(shè)置有人工操作窗口，所述人工操作窗口經(jīng)過(guò)指紋驗(yàn)證器3后才能操作，用戶通過(guò)人工操作窗口強(qiáng)制獲得或者修改溫度數(shù)據(jù)；

云服務(wù)器5，包括計(jì)算云服務(wù)器、儲(chǔ)存云服務(wù)器和指紋樣本庫(kù)，所述計(jì)算云服務(wù)器為數(shù)據(jù)處理提供計(jì)算支撐，所述儲(chǔ)存云服務(wù)器用于儲(chǔ)存集中控制端2傳送的的各種數(shù)據(jù)，指紋樣本庫(kù)儲(chǔ)存用于驗(yàn)證用戶身份的指紋數(shù)據(jù)，將指紋驗(yàn)證器3輸入的指紋與指紋樣本庫(kù)的指紋數(shù)據(jù)相匹配，找到匹配的指紋后向人工操作窗口發(fā)出允許操作的指令；所述計(jì)算云服務(wù)器根據(jù)得到的室內(nèi)環(huán)境溫度和變壓器繞組溫度來(lái)確定最佳的變壓器風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，并將計(jì)算結(jié)果發(fā)送到集中控制端2，集中控制端2根據(jù)此結(jié)果來(lái)控制風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速；

數(shù)據(jù)儲(chǔ)存和恢復(fù)單元4，設(shè)置在集中控制端2與云服務(wù)器5之間，通過(guò)加密的方式對(duì)傳送的溫度數(shù)據(jù)和指紋數(shù)據(jù)進(jìn)行加密并儲(chǔ)存到云服務(wù)器5中，并提供可靠的數(shù)據(jù)恢復(fù)獲取功能。

本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種室內(nèi)變壓器溫度控制系統(tǒng)，同時(shí)采集室內(nèi)環(huán)境溫度和變壓器的繞組溫度作為原始數(shù)據(jù)，利用云計(jì)算對(duì)變壓器溫度進(jìn)行科學(xué)管理，使得集中控制端的計(jì)算和儲(chǔ)存量大大減少，并設(shè)計(jì)了獨(dú)特的數(shù)據(jù)加密和獲得方式，以及基于云服務(wù)器的指紋驗(yàn)證器。

優(yōu)選地，所述指紋驗(yàn)證器2包括內(nèi)置的無(wú)線接收器8、單片機(jī)9、無(wú)線發(fā)送器7和光學(xué)指紋傳感器10，所述光學(xué)指紋傳感器10用于用戶輸入指紋，所述無(wú)線發(fā)送器7用于將接收到的指紋發(fā)送給指紋樣本庫(kù)進(jìn)行匹配。

優(yōu)選地，所述無(wú)線發(fā)送器7用于當(dāng)無(wú)線接收器8故障時(shí)，從指紋樣本庫(kù)接收指紋數(shù)據(jù)，并儲(chǔ)存到單片機(jī)上9，然后通過(guò)單片機(jī)9對(duì)用戶輸入的指紋進(jìn)行匹配。

優(yōu)選地，如圖2所示，所述數(shù)據(jù)儲(chǔ)存和恢復(fù)單元包括數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊21、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊22、數(shù)據(jù)恢復(fù)模塊23和數(shù)據(jù)評(píng)估模塊24：

(1)數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊21，用于對(duì)所述集中控制端2來(lái)的大規(guī)模數(shù)據(jù)進(jìn)行分類(lèi)，其具體執(zhí)行以下操作：通過(guò)K-means聚類(lèi)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分類(lèi)，以聚類(lèi)中心為名稱(chēng)為每一分類(lèi)建立目錄，重復(fù)以上分類(lèi)過(guò)程，將數(shù)據(jù)進(jìn)行細(xì)分，形成分類(lèi)下的子分類(lèi)，并形成數(shù)據(jù)的多級(jí)目錄。

(2)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊22，包括數(shù)據(jù)分割子模塊221、數(shù)據(jù)加密子模塊222和云存儲(chǔ)子模塊223：

a、數(shù)據(jù)分割子模塊221，用于對(duì)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分割，其具體執(zhí)行以下操作：

當(dāng)需要存儲(chǔ)數(shù)據(jù)r時(shí)，首先在集中控制端把數(shù)據(jù)r分割成長(zhǎng)度均為h的n部分r₁，r₂，…，r_n，然后在有限域Z_P中將每個(gè)r_i分別分割成n個(gè)子塊r_i,1，r_i,2…r_i,n，其中p＞2^h，則對(duì)于第j個(gè)子塊r_i,j＝r_i.(r_i,1.r_i,2....r_i,j-1)^-1modp，其中mod代表求余運(yùn)算符；

將{r_i,1.r_i,2....r_i,n-1}設(shè)成是初始的分塊集，映射到集合{p₁,p₂…p_n}構(gòu)建線性相關(guān)關(guān)系，用下式表示線性方程組：

a_i1r_1,1+a_i2r_1,2+…+a_inr_1,n＝c_i,1

a_i1r_2,1+a_i2r_2,2+…+a_inr_2,n＝c_i,2

……

a_i1r_n,1+a_i2r_n,2+…+a_inr_n,n＝c_i,n

其中a_ij是從有限域Z_P中任意選取的，以此類(lèi)推得出c_2,1,c_2,2,…,c_2,n,…,c_n,1,c_n,2,…,c_n,n，用矩陣的形式表現(xiàn)出其相關(guān)關(guān)系，令則上述線性方程組表示為A×R＝C；

對(duì)矩陣R按下式進(jìn)行二次混合得到新的矩陣C‘：A×R×A＝C‘。

b、數(shù)據(jù)加密子模塊222，用于對(duì)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)進(jìn)行加密以提高數(shù)據(jù)的安全性，其具體執(zhí)行以下操作：

調(diào)用密匙生成函數(shù)，根據(jù)每個(gè)a_ij的值以及用戶(即負(fù)荷管理中心的使用者)輸入的安全參數(shù)λ值，輸出解密密匙對(duì){K_E，K_D}，并將加密密匙K_E與計(jì)算云服務(wù)器H_i共享，將解密密匙K_D存儲(chǔ)在集中控制端。

通過(guò)計(jì)算云服務(wù)器向偽隨機(jī)序列生成器輸入a_ij，生成與a_ij一一對(duì)應(yīng)的標(biāo)識(shí)Tag_ij，同時(shí)調(diào)用同態(tài)加密函數(shù)，輸入加密密匙及每個(gè)a_ij所對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)值V_ij，生成密文Z_ij，容易知Tag_ij和c_ij均為n×n矩陣，分別記為T(mén)ag和Z矩陣；用Tag矩陣按下式對(duì)C‘進(jìn)行一次混合加密得到C“：Tag×C‘＝C“；然后用Z矩陣按下式對(duì)C“進(jìn)行二次混合加密得到C“’：C“×Z＝C“’；任意隨機(jī)產(chǎn)生B個(gè)虛擬向量，其中B≥2n，隨機(jī)地將該虛擬向量安排入C“’中，得到一個(gè)N₁×N₂的矩陣Q，其中N₁和N₂均大于n，所述虛擬向量用于掩飾真實(shí)的n值，進(jìn)一步加強(qiáng)了數(shù)據(jù)的安全性。在此實(shí)施例中，min(N₁,N₂)≥n+4，得到的矩陣Q的行數(shù)或者列數(shù)至少比n值大4，稱(chēng)為提高了4個(gè)安全等級(jí)。

c、云存儲(chǔ)子模塊223，用于將加密后的數(shù)據(jù)上傳到儲(chǔ)存云服務(wù)器進(jìn)行存儲(chǔ)，將得到的A、C、C‘、C“、C“’、Q、Tag、Z、由C“’得到矩陣Q時(shí)的具體隨機(jī)路徑以及所述虛擬向量上傳到儲(chǔ)存云服務(wù)器。

(3)數(shù)據(jù)恢復(fù)模塊23，用于根據(jù)用戶的請(qǐng)求將儲(chǔ)存數(shù)據(jù)的恢復(fù)和取出，其包括分級(jí)匹配子模塊231和匹配容錯(cuò)子模塊232，這里所指的用戶包括合法用戶和非法用戶：

a、分級(jí)匹配子模塊231，其具體執(zhí)行以下操作：

用戶發(fā)出請(qǐng)求需要恢復(fù)數(shù)據(jù)r,從儲(chǔ)存服務(wù)器中調(diào)出矩陣Q、生成矩陣Q時(shí)的隨機(jī)路徑和虛擬向量，按照該隨機(jī)路徑逆向剔除虛擬向量后得到矩陣C“’₁；

將C“’₁與從儲(chǔ)存服務(wù)器中調(diào)出的C“’比較，如果不匹配則報(bào)錯(cuò)，如果匹配則進(jìn)入下一步；

將C“’₁按照預(yù)先編寫(xiě)好的逆向函數(shù)以及從儲(chǔ)存服務(wù)器中調(diào)出的矩陣Z和矩陣Tag分別得出C“₁和C‘₁，并分別與C“和C‘比較，任一步驟不匹配均報(bào)錯(cuò)，匹配成功后進(jìn)入下一步；

調(diào)出矩陣A，一方面根據(jù)矩陣A的可逆性按照R＝A^-1C‘A^-1得到儲(chǔ)存數(shù)據(jù)r，另一方面將A用預(yù)先編好的解密函數(shù)解密，得到解密密匙K_D‘，K_D‘與存儲(chǔ)在集中控制端的解密密匙K_D進(jìn)行比較，如果K_D‘與存儲(chǔ)在集中控制端的解密密匙k_D相匹配，則云服務(wù)器向用戶發(fā)送得到的儲(chǔ)存數(shù)據(jù)r，這樣就恢復(fù)了數(shù)據(jù)r；

b、匹配容錯(cuò)子模塊232：

如果k_D‘與k_D無(wú)法匹配則報(bào)錯(cuò)并且將得到的數(shù)據(jù)r在設(shè)定的時(shí)間t內(nèi)作保存，如果在時(shí)間t內(nèi)用戶重新匹配上密匙，則直接將數(shù)據(jù)r發(fā)送給用戶，否則丟失該數(shù)據(jù)r。

(4)數(shù)據(jù)評(píng)估模塊24，對(duì)數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊21中的數(shù)據(jù)分類(lèi)過(guò)程、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊22中的數(shù)據(jù)分割和加密過(guò)程、數(shù)據(jù)恢復(fù)模塊23中的分級(jí)匹配過(guò)程進(jìn)行監(jiān)督和評(píng)價(jià)，為后續(xù)的改進(jìn)提供數(shù)據(jù)支持。

在此實(shí)施例的室內(nèi)變壓器溫度控制系統(tǒng)中，(1)設(shè)置數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊21對(duì)大規(guī)模數(shù)據(jù)進(jìn)行分類(lèi)，能夠有效提高計(jì)算效率，減少時(shí)間成本；

(2)先對(duì)數(shù)據(jù)平均分割，再對(duì)每個(gè)子塊進(jìn)行分割，由于C中任意元素的值不僅與R中第j列有關(guān),也與R中其它的列有關(guān),關(guān)聯(lián)性強(qiáng)，而且將偽隨機(jī)函數(shù)和同態(tài)加密機(jī)制有機(jī)地結(jié)合在矩陣加密中，竊取者想要獲得數(shù)據(jù)r的完整信息，不光要對(duì)密匙和隨機(jī)函數(shù)進(jìn)行破解，而且必須獲得矩陣中每一個(gè)元素的值，才能恢復(fù)處全部信息；

(3)將隨機(jī)產(chǎn)生的虛擬向量隨機(jī)地安排到矩陣C“’中，能有效掩飾真實(shí)的n值，這進(jìn)一步提高了破譯的難度，這對(duì)于均分分割的方案來(lái)說(shuō)是尤為重要的，min(N₁,N₂)≥n+4，得到的矩陣Q的行數(shù)或者列數(shù)至少比n值大4，提高了4個(gè)安全等級(jí)；

(4)恢復(fù)數(shù)據(jù)過(guò)程中每一個(gè)步均與儲(chǔ)存的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，降低了容錯(cuò)率；一次數(shù)據(jù)恢復(fù)失敗后，并不立即丟失恢復(fù)出來(lái)的數(shù)據(jù)，而是采取暫存的方式，降低了系統(tǒng)的計(jì)算強(qiáng)度。

應(yīng)用場(chǎng)景5：

如圖1所示的一種集中控制式室內(nèi)變壓器溫度控制系統(tǒng)，包括溫度采集器1，所述溫度采集器1包括室內(nèi)環(huán)境溫度測(cè)點(diǎn)和變壓器繞組溫度測(cè)點(diǎn)，分別用于測(cè)量室內(nèi)環(huán)境溫度和變壓器繞組溫度，采集到的數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳送到集中控制端2；

集中控制端2，將收集到的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)加密后上傳至云服務(wù)器5，并接受云服務(wù)器5的計(jì)算結(jié)果，同時(shí)設(shè)置有人工操作窗口，所述人工操作窗口經(jīng)過(guò)指紋驗(yàn)證器3后才能操作，用戶通過(guò)人工操作窗口強(qiáng)制獲得或者修改溫度數(shù)據(jù)；

云服務(wù)器5，包括計(jì)算云服務(wù)器、儲(chǔ)存云服務(wù)器和指紋樣本庫(kù)，所述計(jì)算云服務(wù)器為數(shù)據(jù)處理提供計(jì)算支撐，所述儲(chǔ)存云服務(wù)器用于儲(chǔ)存集中控制端2傳送的的各種數(shù)據(jù)，指紋樣本庫(kù)儲(chǔ)存用于驗(yàn)證用戶身份的指紋數(shù)據(jù)，將指紋驗(yàn)證器3輸入的指紋與指紋樣本庫(kù)的指紋數(shù)據(jù)相匹配，找到匹配的指紋后向人工操作窗口發(fā)出允許操作的指令；所述計(jì)算云服務(wù)器根據(jù)得到的室內(nèi)環(huán)境溫度和變壓器繞組溫度來(lái)確定最佳的變壓器風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，并將計(jì)算結(jié)果發(fā)送到集中控制端2，集中控制端2根據(jù)此結(jié)果來(lái)控制風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速；

數(shù)據(jù)儲(chǔ)存和恢復(fù)單元4，設(shè)置在集中控制端2與云服務(wù)器5之間，通過(guò)加密的方式對(duì)傳送的溫度數(shù)據(jù)和指紋數(shù)據(jù)進(jìn)行加密并儲(chǔ)存到云服務(wù)器5中，并提供可靠的數(shù)據(jù)恢復(fù)獲取功能。

本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種室內(nèi)變壓器溫度控制系統(tǒng)，同時(shí)采集室內(nèi)環(huán)境溫度和變壓器的繞組溫度作為原始數(shù)據(jù)，利用云計(jì)算對(duì)變壓器溫度進(jìn)行科學(xué)管理，使得集中控制端的計(jì)算和儲(chǔ)存量大大減少，并設(shè)計(jì)了獨(dú)特的數(shù)據(jù)加密和獲得方式，以及基于云服務(wù)器的指紋驗(yàn)證器。

優(yōu)選地，所述指紋驗(yàn)證器2包括內(nèi)置的無(wú)線接收器8、單片機(jī)9、無(wú)線發(fā)送器7和光學(xué)指紋傳感器10，所述光學(xué)指紋傳感器10用于用戶輸入指紋，所述無(wú)線發(fā)送器7用于將接收到的指紋發(fā)送給指紋樣本庫(kù)進(jìn)行匹配。

優(yōu)選地，所述無(wú)線發(fā)送器7用于當(dāng)無(wú)線接收器8故障時(shí)，從指紋樣本庫(kù)接收指紋數(shù)據(jù)，并儲(chǔ)存到單片機(jī)上9，然后通過(guò)單片機(jī)9對(duì)用戶輸入的指紋進(jìn)行匹配。

優(yōu)選地，如圖2所示，所述數(shù)據(jù)儲(chǔ)存和恢復(fù)單元包括數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊21、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊22、數(shù)據(jù)恢復(fù)模塊23和數(shù)據(jù)評(píng)估模塊24：

(1)數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊21，用于對(duì)所述集中控制端2來(lái)的大規(guī)模數(shù)據(jù)進(jìn)行分類(lèi)，其具體執(zhí)行以下操作：通過(guò)K-means聚類(lèi)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分類(lèi)，以聚類(lèi)中心為名稱(chēng)為每一分類(lèi)建立目錄，重復(fù)以上分類(lèi)過(guò)程，將數(shù)據(jù)進(jìn)行細(xì)分，形成分類(lèi)下的子分類(lèi)，并形成數(shù)據(jù)的多級(jí)目錄。

(2)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊22，包括數(shù)據(jù)分割子模塊221、數(shù)據(jù)加密子模塊222和云存儲(chǔ)子模塊223：

a、數(shù)據(jù)分割子模塊221，用于對(duì)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分割，其具體執(zhí)行以下操作：

當(dāng)需要存儲(chǔ)數(shù)據(jù)r時(shí)，首先在集中控制端把數(shù)據(jù)r分割成長(zhǎng)度均為h的n部分r₁，r₂，…，r_n，然后在有限域Z_P中將每個(gè)r_i分別分割成n個(gè)子塊r_i,1，r_i,2…r_i,n，其中p＞2^h，則對(duì)于第j個(gè)子塊r_i,j＝r_i·(r_i,1·r_i,2....r_i,j-1)^-1Modp，其中mod代表求余運(yùn)算符；

將｛r_i,1·r_i,2....r_i,n-1}設(shè)成是初始的分塊集，映射到集合{p₁,p₂…p_n}構(gòu)建線性相關(guān)關(guān)系，用下式表示線性方程組：

a_i1r_1,1+a_i2r_1,2+…+a_inr_1,n＝c_i,1

a_i1r_2,1+a_i2r_2,2+…+a_inr_2,n＝c_i,2

……

a_i1r_n,1+a_i2r_n,2+…+a_inr_n,n＝c_i,n

其中a_ij是從有限域Z_P中任意選取的，以此類(lèi)推得出c_2,1,c_2,2,…,c_2,n,…,c_n,1,c_n,2,…,c_n,n，用矩陣的形式表現(xiàn)出其相關(guān)關(guān)系，令則上述線性方程組表示為A×R＝C；

對(duì)矩陣R按下式進(jìn)行二次混合得到新的矩陣C‘：A×R×A＝C‘。

b、數(shù)據(jù)加密子模塊222，用于對(duì)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)進(jìn)行加密以提高數(shù)據(jù)的安全性，其具體執(zhí)行以下操作：

調(diào)用密匙生成函數(shù)，根據(jù)每個(gè)a_ij的值以及用戶(即負(fù)荷管理中心的使用者)輸入的安全參數(shù)λ值，輸出解密密匙對(duì){K_E，K_D}，并將加密密匙K_E與計(jì)算云服務(wù)器H_i共享，將解密密匙K_D存儲(chǔ)在集中控制端。

通過(guò)計(jì)算云服務(wù)器向偽隨機(jī)序列生成器輸入a_ij，生成與a_ij一一對(duì)應(yīng)的標(biāo)識(shí)Tag_ij，同時(shí)調(diào)用同態(tài)加密函數(shù)，輸入加密密匙及每個(gè)a_ij所對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)值V_ij，生成密文Z_ij，容易知Tag_ij和c_ij均為n×n矩陣，分別記為T(mén)ag和Z矩陣；用Tag矩陣按下式對(duì)C‘進(jìn)行一次混合加密得到C“：Tag×C‘＝C“；然后用Z矩陣按下式對(duì)C“進(jìn)行二次混合加密得到C“’：C“×Z＝C“’；任意隨機(jī)產(chǎn)生B個(gè)虛擬向量，其中B≥2n，隨機(jī)地將該虛擬向量安排入C“’中，得到一個(gè)N₁×N₂的矩陣Q，其中N₁和N₂均大于n，所述虛擬向量用于掩飾真實(shí)的n值，進(jìn)一步加強(qiáng)了數(shù)據(jù)的安全性。在此實(shí)施例中，min(N₁,N₂)≥n+5，得到的矩陣Q的行數(shù)或者列數(shù)至少比n值大5，稱(chēng)為提高了5個(gè)安全等級(jí)。

c、云存儲(chǔ)子模塊223，用于將加密后的數(shù)據(jù)上傳到儲(chǔ)存云服務(wù)器進(jìn)行存儲(chǔ)，將得到的A、C、C‘、C“、C“’、Q、Tag、Z、由C“’得到矩陣Q時(shí)的具體隨機(jī)路徑以及所述虛擬向量上傳到儲(chǔ)存云服務(wù)器。

(3)數(shù)據(jù)恢復(fù)模塊23，用于根據(jù)用戶的請(qǐng)求將儲(chǔ)存數(shù)據(jù)的恢復(fù)和取出，其包括分級(jí)匹配子模塊231和匹配容錯(cuò)子模塊232，這里所指的用戶包括合法用戶和非法用戶：

a、分級(jí)匹配子模塊231，其具體執(zhí)行以下操作：

用戶發(fā)出請(qǐng)求需要恢復(fù)數(shù)據(jù)r,從儲(chǔ)存服務(wù)器中調(diào)出矩陣Q、生成矩陣Q時(shí)的隨機(jī)路徑和虛擬向量，按照該隨機(jī)路徑逆向剔除虛擬向量后得到矩陣C“’₁；

將C“’₁與從儲(chǔ)存服務(wù)器中調(diào)出的C“’比較，如果不匹配則報(bào)錯(cuò)，如果匹配則進(jìn)入下一步；

將C“’₁按照預(yù)先編寫(xiě)好的逆向函數(shù)以及從儲(chǔ)存服務(wù)器中調(diào)出的矩陣Z和矩陣Tag分別得出C“₁和C‘₁，并分別與C“和C‘比較，任一步驟不匹配均報(bào)錯(cuò)，匹配成功后進(jìn)入下一步；

調(diào)出矩陣A，一方面根據(jù)矩陣A的可逆性按照R＝A^-1C‘A^-1得到儲(chǔ)存數(shù)據(jù)r，另一方面將A用預(yù)先編好的解密函數(shù)解密，得到解密密匙K_D‘，K_D‘與存儲(chǔ)在集中控制端的解密密匙K_D進(jìn)行比較，如果K_D‘與存儲(chǔ)在集中控制端的解密密匙K_D相匹配，則云服務(wù)器向用戶發(fā)送得到的儲(chǔ)存數(shù)據(jù)r，這樣就恢復(fù)了數(shù)據(jù)r；

b、匹配容錯(cuò)子模塊232：

如果K_D‘與K_D無(wú)法匹配則報(bào)錯(cuò)并且將得到的數(shù)據(jù)r在設(shè)定的時(shí)間t內(nèi)作保存，如果在時(shí)間t內(nèi)用戶重新匹配上密匙，則直接將數(shù)據(jù)r發(fā)送給用戶，否則丟失該數(shù)據(jù)r。

(4)數(shù)據(jù)評(píng)估模塊24，對(duì)數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊21中的數(shù)據(jù)分類(lèi)過(guò)程、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊22中的數(shù)據(jù)分割和加密過(guò)程、數(shù)據(jù)恢復(fù)模塊23中的分級(jí)匹配過(guò)程進(jìn)行監(jiān)督和評(píng)價(jià)，為后續(xù)的改進(jìn)提供數(shù)據(jù)支持。

在此實(shí)施例的室內(nèi)變壓器溫度控制系統(tǒng)中，(1)設(shè)置數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊21對(duì)大規(guī)模數(shù)據(jù)進(jìn)行分類(lèi)，能夠有效提高計(jì)算效率，減少時(shí)間成本；

(2)先對(duì)數(shù)據(jù)平均分割，再對(duì)每個(gè)子塊進(jìn)行分割，由于C中任意元素的值不僅與R中第j列有關(guān),也與R中其它的列有關(guān),關(guān)聯(lián)性強(qiáng)，而且將偽隨機(jī)函數(shù)和同態(tài)加密機(jī)制有機(jī)地結(jié)合在矩陣加密中，竊取者想要獲得數(shù)據(jù)r的完整信息，不光要對(duì)密匙和隨機(jī)函數(shù)進(jìn)行破解，而且必須獲得矩陣中每一個(gè)元素的值，才能恢復(fù)處全部信息；

(3)將隨機(jī)產(chǎn)生的虛擬向量隨機(jī)地安排到矩陣C“’中，能有效掩飾真實(shí)的n值，這進(jìn)一步提高了破譯的難度，這對(duì)于均分分割的方案來(lái)說(shuō)是尤為重要的，min(N₁,N₂)≥n+5，得到的矩陣Q的行數(shù)或者列數(shù)至少比n值大5，提高了5個(gè)安全等級(jí)；

(4)恢復(fù)數(shù)據(jù)過(guò)程中每一個(gè)步均與儲(chǔ)存的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，降低了容錯(cuò)率；一次數(shù)據(jù)恢復(fù)失敗后，并不立即丟失恢復(fù)出來(lái)的數(shù)據(jù)，而是采取暫存的方式，降低了系統(tǒng)的計(jì)算強(qiáng)度。

最后應(yīng)當(dāng)說(shuō)明的是，以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，盡管參照較佳實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作了詳細(xì)地說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的實(shí)質(zhì)和范圍。