智能电网显著提高了电力服务的可靠性、效率性、安全性和可持续性,但智能电网不断发展带来便利的同时也引入了一系列安全和隐私的问题,因为随着智能电表数目不断增长,智能电网中会收集越来越多的用户用电数据,这就使得细粒度的用电数据分析有可能会泄漏个人隐私。因此将具有隐私保护性的数据聚合机制应用于智能电表的数据采集协议具有很重要的应用价值。本文从智能电表数据聚合协议的实际需求出发,侧重对同态密码体制的分析和研究,旨在解决隐私保护,安全传输,资源受限等问题。主要工作如下:首先分析了智能电网特点和现状,指出当前智能电网中存在许多孤立智能电表,针对孤立智能电表设计了一个基于同态密码体制的终端认证协议,该协议包含了一个具有加法同态性质的加密方案和线性同态签名方案,能够防止用电数据遭到窃取或篡改以及能够安全地聚合用户用电数据。同时将协议部署在智能电网环境中进行分析。其次,多数电量数据聚合协议没有使用形式化方法评估合谋攻击下协议的安全性和隐私保护性,针对该问题提出了数据聚合协议在合谋攻击下的安全和隐私保护定义及安全模型,并使用该安全模型分别对两个基于加法同态机制的数据聚合协议进行安全性证明,指出两种协议在实际应用中存在的安全缺陷,所提出的安全模型也适用于其他数据聚合协议并有利于协议的安全设计。