一種連續(xù)基于位置服務(wù)的位置隱私保護(hù)模型的建立方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種連續(xù)基于位置服務(wù)的位置隱私保護(hù)模型的建立方法，所述方法包括以下步驟：（1）原始需求檢查；（2）最大化需求感知請(qǐng)求序列；（3）最小化匿名區(qū)域。本發(fā)明提出需求感知位置隱私保護(hù)模型，考慮服務(wù)質(zhì)量約束，且允許用戶基于所在位置為所請(qǐng)求的連續(xù)基于位置服務(wù)設(shè)置不同的位置隱私需求和服務(wù)質(zhì)量需求；獲得能同時(shí)滿足用戶特定的位置隱私需求和服務(wù)質(zhì)量需求的最長(zhǎng)基于位置服務(wù)請(qǐng)求序列；在滿足用戶位置隱私需求的前提下，本發(fā)明進(jìn)一步縮小了匿名區(qū)域，提高了服務(wù)質(zhì)量。
【專利說(shuō)明】一種連續(xù)基于位置服務(wù)的位置隱私保護(hù)模型的建立方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)基于位置服務(wù)的位置隱私保護(hù)領(lǐng)域，尤其涉及一種連續(xù)基于位置服務(wù)的位置隱私保護(hù)模型的建立方法。
【背景技術(shù)】
[0002]基于位置的服務(wù)(Location Based Services,LBS)是指通過(guò)電信移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商的無(wú)線電通訊網(wǎng)絡(luò)(如GSM網(wǎng)、CDMA網(wǎng))或外部定位方式(如GPS)，獲取移動(dòng)終端用戶的位置信息，在地理信息系統(tǒng)平臺(tái)的支持下，為用戶提供各種各樣與位置相關(guān)服務(wù)的一種增值業(yè)務(wù)，如:定位服務(wù)(如Google Latitude)、簽到服務(wù)(如Foursquare)等,用戶發(fā)起的基于位置的請(qǐng)求可分為兩類，一類為快照LBS請(qǐng)求，如請(qǐng)求最近的餐館；另一類為連續(xù)LBS請(qǐng)求，如不斷根據(jù)用戶當(dāng)前位置反饋實(shí)時(shí)天氣預(yù)報(bào)。
[0003]移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展和定位技術(shù)精度的提高使得LBS快速發(fā)展，LBS中的隱私保護(hù)成為人們普遍關(guān)心的問(wèn)題，LBS的使用需要用戶給服務(wù)提供商提供相應(yīng)的位置信息，然而，位置和查詢內(nèi)容的泄露使攻擊者能推測(cè)出用戶的隱私信息，如果用戶的隱私得不到很好的保護(hù)，將極大的影響LBS的發(fā)展和使用。
[0004]空間匿名技術(shù)是解決隱私威脅的一種途徑，通過(guò)位置k_匿名技術(shù)將用戶的精確位置模糊化為一個(gè)足夠大的區(qū)域發(fā)給LBS服務(wù)器，該區(qū)域需包含至少其他k-Ι個(gè)用戶，使得服務(wù)器無(wú)法從這k個(gè)用戶中分辨出真正的發(fā)送者。目前多數(shù)位置k-匿名方法僅對(duì)快照LBS請(qǐng)求進(jìn)行隱私保護(hù)，而不能保護(hù)連續(xù)LBS請(qǐng)求的隱私性:若用戶在行進(jìn)過(guò)程中連續(xù)發(fā)出目的相同的LBS請(qǐng)求，攻擊者能就可以通過(guò)觀察一系列匿名區(qū)域的共同用戶，縮小可能的用戶集合，則這些算法的匿名效果可能會(huì)遭到破壞。為了預(yù)防這樣的攻擊，目前主要的隱私保護(hù)方案都要求構(gòu)造的連續(xù)匿名區(qū)需包含共同用戶集。盡管攻擊者可以通過(guò)推斷攻擊，將不同的匿名區(qū)串聯(lián)起來(lái)，但共同匿名集保證攻擊者無(wú)法將真實(shí)用戶與其余k-Ι個(gè)共同用戶進(jìn)行區(qū)分，從而保證了用戶隱私安全。
[0005]然而，據(jù)研究發(fā)現(xiàn)，某些地方的足跡較為稀疏或存在請(qǐng)求的需求設(shè)置不合理，是造成所構(gòu)造的具有共同用戶足跡匿名區(qū)過(guò)大及需求不能同時(shí)滿足的根本原因，此外，在匿名區(qū)的產(chǎn)生過(guò)程中，均沒(méi)有考慮不同請(qǐng)求的服務(wù)質(zhì)量約束，因此當(dāng)匿名區(qū)過(guò)大時(shí)可能導(dǎo)致查詢結(jié)果的不準(zhǔn)確，而且，在不同的位置用戶具有不同的位置隱私需求和服務(wù)質(zhì)量需求，如家庭住址相比在商場(chǎng)的位置隱私需求要高，而現(xiàn)有的大部分工作對(duì)用戶的位置隱私需求和服務(wù)質(zhì)量需求統(tǒng)一處理，而忽略了不同位置用戶具有不同的位置隱私需求和服務(wù)質(zhì)量需求。因此，如何滿足連續(xù)LBS請(qǐng)求中用戶特定的位置隱私需求并且同時(shí)考慮服務(wù)質(zhì)量需求是目iu急需解決的問(wèn)題。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006]本發(fā)明實(shí)施例的目的在于提供一種連續(xù)基于位置服務(wù)的位置隱私保護(hù)模型的建立方法，旨在解決如下問(wèn)題:現(xiàn)有連續(xù)基于位置服務(wù)請(qǐng)求在匿名區(qū)的產(chǎn)生過(guò)程中，沒(méi)有考慮不同請(qǐng)求的服務(wù)質(zhì)量約束，而且忽略不同位置用戶具有不同的位置隱私需求和服務(wù)質(zhì)量需求。
[0007]本發(fā)明實(shí)施例是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種連續(xù)基于位置服務(wù)的位置隱私保護(hù)模型的建立方法，該連續(xù)基于位置服務(wù)的位置隱私保護(hù)模型的建立方法包括以下步驟:
[0008]步驟一，原始需求檢查；
[0009]步驟二，最大化需求感知請(qǐng)求序列:獲得能同時(shí)滿足用戶特定位置隱私需求和服務(wù)質(zhì)量需求的最長(zhǎng)基于位置服務(wù)請(qǐng)求序列；
[0010]步驟三，最小化匿名區(qū)域:對(duì)于連續(xù)基于位置服務(wù)中的每個(gè)查詢請(qǐng)求，在滿足用戶的位置隱私需求的前提下，進(jìn)一步縮小匿名區(qū)域，提高服務(wù)質(zhì)量。
[0011]需要說(shuō)明的是，終端用戶U可以自定義連續(xù)基于位置服務(wù)請(qǐng)求的位置隱私需求和服務(wù)質(zhì)量需求；終端用戶U向代理服務(wù)器發(fā)送連續(xù)η個(gè)基于位置服務(wù)請(qǐng)求Q= {Qi, Q2,...，Qj，其中 Qi=〈u, t, I (X，y), r>, (i=l, 2,..., η)表示用戶 Q1.u 在 t 時(shí)刻位置I (X，y)的需求為Q1.r, Q1.r既包括位置隱私需求又包括服務(wù)質(zhì)量需求即r:〈p, (qx, qy)>,其中P為位置隱私需求，表示構(gòu)造的匿名區(qū)需獲得的最小隱私值，(qx，qy)表示用戶可以容忍的最大位置偏差值，基于(qx, qy)定義服務(wù)質(zhì)量約束區(qū)域Ai=IiQ1.X-Q1.qx, Q1.Y-Q1.qy] X [Q1.x+Q1- qx, Q1- y+Q1- qy]來(lái)表示用戶對(duì)服務(wù)質(zhì)量的需求。
[0012]需要說(shuō)明的是，需求感知請(qǐng)求序列定義為:給定歷史足跡數(shù)據(jù)集F，用戶U發(fā)起的連續(xù)基于位置服務(wù)請(qǐng)求為 Q=IQ1, Q2,...，Qj，其中 Qi=〈u, t, 1: (x, y), r: (p, (qx, qy)) >, i=l, 2，...，n,在用戶特定需求Q1.r約束下,連續(xù)請(qǐng)求Q’ ={Q/ , Q2',..., Qm'}作為Q的一個(gè)感知序
列當(dāng)且僅當(dāng):NQ; e Q\ i=l, 2,..., m, Pu(Ai)≤/.ρ且β，其中Pu(Ai)表示在共同
用戶集U約束下服務(wù)質(zhì)量約束區(qū)域Ai所能獲得的隱私值，為了保護(hù)連續(xù)基于位置服務(wù)請(qǐng)求的位置隱私，所述模型基于位置k-匿名方法，但要求構(gòu)造的連續(xù)匿名區(qū)需包含k個(gè)共同用戶，這樣共同匿名集可以保證攻擊者無(wú)法將真實(shí)用戶與其余k-Ι個(gè)共同用戶進(jìn)行區(qū)分，從而保證用戶隱私安全；
[0013]歷史足跡表F存儲(chǔ)用戶的所有歷史足跡信息F= {f\，f2，...，fn}，其中任意一條足跡記錄fi(i=l, 2，...，η)表示為<t, I (x, y)>，用戶u發(fā)起的連續(xù)請(qǐng)求為Q=IQ1, Q2,, QnI，
=< ujJ:(x,y), r: (p, (qx, qy))> e Q, i=l，2，...，n，本發(fā)明提出的需求感知位置隱私
保護(hù)模型得到的需求感知序列Qj=IQ1'，Q2,，...，Qm，}以及構(gòu)造的匿名區(qū)C=IC1, C2,, CJ應(yīng)滿足:
[0014](I) max {| Q’ |}，即，最大化滿足需求的請(qǐng)求個(gè)數(shù)，盡可能的滿足用戶更多的基于位置服務(wù)請(qǐng)求；
[0015](2)0^ l(x, y) e Ci, i=l,2,...,m, 即，匿名區(qū)Ci要覆蓋請(qǐng)求發(fā)起的位置Q1.1 (X，y)；
[0016](S)Pu(Ci)≤.P, i=l, 2，…，m，即，基于共同用戶集U的匿名區(qū)Ci所提供的隱私保護(hù)級(jí)別Pu(Ci)需滿足用戶特定位置隱私需求Q1.P ；
[0017](4)0^^,/=1,2,...,/77，8卩，匿名區(qū)(；需包含在用戶特定服務(wù)質(zhì)量約束區(qū)域Ai內(nèi)；[0018]
【權(quán)利要求】
1.一種連續(xù)基于位置服務(wù)的位置隱私保護(hù)模型的建立方法，其特征在于，該連續(xù)基于位置服務(wù)的位置隱私保護(hù)模型的建立方法包括以下步驟: 步驟一，原始需求檢查； 步驟二，最大化需求感知請(qǐng)求序列:獲得能同時(shí)滿足用戶特定位置隱私需求和服務(wù)質(zhì)量需求的最長(zhǎng)基于位置服務(wù)請(qǐng)求序列； 步驟三，最小化匿名區(qū)域:對(duì)于連續(xù)基于位置服務(wù)中的每個(gè)查詢請(qǐng)求，在滿足用戶的位置隱私需求的前提下，進(jìn)一步縮小匿名區(qū)域，提高服務(wù)質(zhì)量。
2.如權(quán)利要求1所述的連續(xù)基于位置服務(wù)的位置隱私保護(hù)模型的建立方法，其特征在于，終端用戶u可以自定義連續(xù)基于位置服務(wù)請(qǐng)求的位置隱私需求和服務(wù)質(zhì)量需求；終端用戶u向代理服務(wù)器發(fā)送連續(xù)η個(gè)基于位置服務(wù)請(qǐng)求Q= (Q1, Q2,...，QJ，其中
3.如權(quán)利要求1所述的連續(xù)基于位置服務(wù)的位置隱私保護(hù)模型的建立方法，其特征在于，需求感知請(qǐng)求序列定義為:給定歷史足跡數(shù)據(jù)集F，用戶u發(fā)起的連續(xù)基于位置服務(wù)請(qǐng)求為 Q= {Qi, Q2,...，Qj，其中 Qi=<u, t, 1: (x, y), r: (p, (qx, qy)) >, i=l, 2，…，n,在用戶特定需求Q1.r約束下,連續(xù)請(qǐng)求Q’ ={Q/ , Q2',..., Qm'}作為Q的一個(gè)感知序列當(dāng)且僅當(dāng):^Q- ^Q\ i=l，2，...，m，Pu(Ai)≥Q/.P且β’G 2，其中Pu (Ai)表示在共同用戶集U約束下服務(wù)質(zhì)量約束區(qū)域Ai所能獲得的隱私值，為了保護(hù)連續(xù)基于位置服務(wù)請(qǐng)求的位置隱私，所述模型基于位置k-匿名方法，但要求構(gòu)造的連續(xù)匿名區(qū)需包含k個(gè)共同用戶，這樣共同匿名集可以保證攻擊者無(wú)法將真實(shí)用戶與其余k-Ι個(gè)共同用戶進(jìn)行區(qū)分，從而保證用戶隱私安全； 歷史足跡表F存儲(chǔ)用戶的所有歷史足跡信息F= {f\，f2,..., fn}，其中任意一條足跡記錄fi (i=l, 2，...，η)表示為<t, I (X，y)>,用戶u發(fā)起的連續(xù)請(qǐng)求為Q= (Q1, Q2,, QnI，
4.如權(quán)利要求1所述的連續(xù)基于位置服務(wù)的位置隱私保護(hù)模型的建立方法，其特征在于，原始需求檢查階段包括以下步驟:對(duì)連續(xù)基于位置服務(wù)請(qǐng)求Q= (Q1, Q2,, QJ中每個(gè)請(qǐng)求Qi (i=l, 2，...，η)檢查是否滿足P (Ai)≥Q1.ρ，其中Ai為每個(gè)請(qǐng)求點(diǎn)的服務(wù)質(zhì)量約束區(qū)域，若不滿足則需要用戶對(duì)所提出的需求Q1.r:〈p，(qx, qy) >做出相應(yīng)的調(diào)整，降低位置隱私需求或降低服務(wù)質(zhì)量的約束，即經(jīng)過(guò)原始需求檢查階段，對(duì)于連續(xù)基于位置服務(wù)的每個(gè)請(qǐng)求，服務(wù)質(zhì)量約束區(qū)域所形成的初始匿名區(qū)能滿足該請(qǐng)求的位置隱私需求。
5.如權(quán)利要求1所述的連續(xù)基于位置服務(wù)的位置隱私保護(hù)模型的建立方法，其特征在于，最大化需求感知請(qǐng)求序列階段包括以下步驟: 步驟一，計(jì)算連續(xù)基于位置服務(wù)請(qǐng)求Q=似，Q2,...，QJ所對(duì)應(yīng)的服務(wù)約束區(qū)域A= (A1, A2,, AJ，根據(jù)網(wǎng)格表G計(jì)算共同用戶集U — Iu1, u2，...，uj，其中，網(wǎng)格表G的每個(gè)網(wǎng)格單元記錄哪些用戶的足跡曾出現(xiàn)在該網(wǎng)格區(qū)域內(nèi)； 步驟二，對(duì)每AAi e A, (i=l，2，...，η)，如果Pu (AiXQ1.p，即具有共同用戶集的匿名區(qū)不滿足位置隱私需求，則將所對(duì)應(yīng)的請(qǐng)求Qi加入集合D，集合D存儲(chǔ)不能滿足位置隱私需求的請(qǐng)求； 步驟三，對(duì)集合D，調(diào)用足跡稀疏區(qū)域請(qǐng)求查找算法， [Qs, S1] — Sparse Area Search(Q, A, G, F);調(diào)用隱私需求過(guò)大請(qǐng)求查找算法， [Q1, S2] — Excessive Privacy-demand Search (Q, A, G, F),識(shí)別出服務(wù)質(zhì)量約束區(qū)域中足跡過(guò)于稀疏請(qǐng)求Qs和位置隱私需求設(shè)置過(guò)大的請(qǐng)求Q1,并得到分別抑制這兩個(gè)請(qǐng)求后仍不滿足位置隱私需求 的請(qǐng)求集合S1和S2 ； 步驟四，如果IS1I ( |32|，0 — 0戈;0 — 51，否則，0 — 0-01;0 — 52，即比較集合SjPS2內(nèi)請(qǐng)求的個(gè)數(shù)，選擇個(gè)數(shù)少的進(jìn)行抑制處理； 步驟五，循環(huán)進(jìn)行步驟三，直到集合D為空，此時(shí)集合Q的所有查詢請(qǐng)求的位置隱私需求和服務(wù)質(zhì)量需求均能得到滿足，集合Q便是最長(zhǎng)需求感知請(qǐng)求序列。
6.如權(quán)利要求5所述的連續(xù)基于位置服務(wù)的位置隱私保護(hù)模型的建立方法，其特征在于，最大化需求感知請(qǐng)求序列步驟三中調(diào)用的足跡稀疏區(qū)域請(qǐng)求查找算法(Sparse AreaSearch)包括以下步驟: 步驟一，對(duì)連續(xù)基于位置服務(wù)請(qǐng)求的每個(gè)請(qǐng)求Qi e Q, (i=l, 2,...,η),計(jì)算除請(qǐng)求Qi的共同用戶集Ui,根據(jù)共同用戶集Ui,計(jì)算除Qi的其余匿名區(qū)的總隱私值temp[i]，即 步驟二，選擇總隱私值最大的項(xiàng)，即Qs — max {temp [.]},則Qs便是足跡稀疏區(qū)域請(qǐng)求； 步驟三,對(duì)每個(gè)查詢請(qǐng)求Qi e Q-Qs, (i=l, 2，...，n, i關(guān)s), Us為除請(qǐng)求Qs計(jì)算所得的共同用戶集，如果< Q1-P，則將Qi加入S1集合，S1便存儲(chǔ)抑制請(qǐng)求Qs后仍不滿足位置隱私需求的請(qǐng)求； 步驟四，返回Qs和Sp
7.如權(quán)利要求5所述的連續(xù)基于位置服務(wù)的位置隱私保護(hù)模型的建立方法，其特征在于，最大化需求感知請(qǐng)求序列方法的步驟三中調(diào)用的隱私需求過(guò)大請(qǐng)求查找算法(Excessive Privacy-demand Search)包括以下步驟: 步驟一，對(duì)連續(xù)基于位置服務(wù)請(qǐng)求Q= IQli Q2,...，QJ，計(jì)算A所對(duì)應(yīng)網(wǎng)格表G中共同用戶集 U — Iu1, U2,..., un},對(duì)每個(gè) Ai e A, (i=l, 2,..., η),如果 Pu(Ai)〈Q^ p,即具有共同用戶集的匿名區(qū)不滿足位置隱私需求，則將所對(duì)應(yīng)的請(qǐng)求Qi加入集合D，集合D存儲(chǔ)不滿足位置隱私需求的請(qǐng)求； 步驟二，對(duì)每個(gè)Qi e D，計(jì)算除請(qǐng)求Qi的共同用戶集Ui,根據(jù)共同用戶集Ui,對(duì)每個(gè)Qj e D-Qi,如果< Q 1-P ,則 temp[i] — temp [i]+l, temp [i]記錄抑制 Qi 后不滿足位置隱私需求的請(qǐng)求個(gè)數(shù)； 步驟三，選擇temp數(shù)組中的最小值，即Q1 — min{temp[.]},其對(duì)應(yīng)的不滿足位置隱私需求的請(qǐng)求個(gè)數(shù)最少，此時(shí)Q1便是位置隱私需求設(shè)置過(guò)大的請(qǐng)求； 步驟四，對(duì)每個(gè)查詢請(qǐng)求Qi e Q-Q1, (i=l, 2,..., n, i ^ I), U1為除請(qǐng)求Q1計(jì)算所得的共同用戶集，如果Pu/M < Q1-P，將Qi加入S2集合，S2便存儲(chǔ)抑制請(qǐng)求Q1后仍不滿足位置隱私需求的請(qǐng)求； 步驟五，返回集合D中使得需求感知請(qǐng)求序列最長(zhǎng)的查詢請(qǐng)求Q1和集合S2。
8.如權(quán)利要求1所述的連續(xù)基于位置服務(wù)的位置隱私保護(hù)模型的建立方法，其特征在于，最小化匿名區(qū)域階段包括以下兩種最小化匿名區(qū)域方法:基于最遠(yuǎn)足跡的最小匿名區(qū)構(gòu)造和基于匿名區(qū)邊界的最小匿名區(qū)構(gòu)造。
9.如權(quán)利要求8所述的連續(xù)基于位置服務(wù)的位置隱私保護(hù)模型的建立方法，其特征在于，匿名區(qū)C=IC1, C2,, CJ為經(jīng)過(guò)最大化需求感知請(qǐng)求序列階段得到的服務(wù)質(zhì)量約束區(qū)域A={Ai，A2,...，AJ，基于最遠(yuǎn)足跡的最小匿名區(qū)構(gòu)造方法包括以下步驟: 步驟一，對(duì)每個(gè)請(qǐng)求的匿名區(qū)Ci e C，(i=l，2，...，m)，通過(guò)網(wǎng)格表G和歷史足跡表F計(jì)算(；中的歷史足跡信息，刪除距離Q1.1 (x，y)最遠(yuǎn)的共同用戶足跡f，得到新的區(qū)域Ci，重新計(jì)算新的共同用戶集合U； 步驟二,對(duì)于每個(gè)請(qǐng)求Qj e Q, (j=l, 2,..., m),如果存在Pu(Cj) <Q」.p,則加上最遠(yuǎn)足跡f以恢復(fù)到原來(lái)的區(qū)域Ci,且將Ci加入到最小化匿名區(qū)域集C’，集合C’記錄不能縮小的匿名區(qū)域； 步驟三，循環(huán)重復(fù)步驟一中沒(méi)有加入集合C’的匿名區(qū)域，直到所有匿名區(qū)都加入C’集合，此時(shí)C’便是最小的匿名區(qū)域集。
10.如權(quán)利要求8所述的連續(xù)基于位置服務(wù)的位置隱私保護(hù)模型的建立方法，其特征在于，匿名區(qū)C=IC1,C2,,CJ為經(jīng)過(guò)最大化需求感知請(qǐng)求序列階段得到的服務(wù)質(zhì)量約束區(qū)域A= {Ai，A2,...，AJ，基于匿名區(qū)邊界的最小匿名區(qū)構(gòu)造方法包括以下步驟: 步驟一，對(duì)每個(gè)請(qǐng)求的匿名區(qū)域Ci e C，(i=l，2，...，m)，通過(guò)網(wǎng)格表G和歷史足跡表F計(jì)算Ci中的足跡信息； 步驟二,對(duì)匿名區(qū)域Ci的四個(gè)邊界dir e Ci ({xmin, ymin, xmax, ymax})依次進(jìn)行如下操作: 第一步，刪除匿名區(qū)域Ci里面距離dir最近的共同用戶足跡f，得到新的區(qū)域Ci ； 第二步，重新計(jì)算新的共同用戶集合"e門(mén)t|G(C,)，對(duì)于每個(gè)請(qǐng)求Qj e Q, (j=l, 2，. ..，m)，如果存在Pu(Cj) <Q」.p，則加上足跡f以恢復(fù)到原來(lái)的區(qū)域Ci ； 步驟三，當(dāng)匿名區(qū)的四個(gè)邊界都經(jīng)過(guò)步驟二后，若Ci未發(fā)生變化，則將Ci加入到最小化匿名區(qū)域集C’，集合C’記錄不能縮小的匿名區(qū)域；步驟四，循環(huán)重復(fù)步驟一中沒(méi)有加入集合C’的匿名區(qū)域，直到所有匿名區(qū)都加入C’集合，此時(shí)C’便是最小的匿名 區(qū)域集。
【文檔編號(hào)】H04W16/22GK103826237SQ201410072988
【公開(kāi)日】2014年5月28日 申請(qǐng)日期:2014年2月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月28日
【發(fā)明者】李興華, 鄧凌娟, 王二蒙, 高勝, 張淵, 馬建峰, 姚青松, 姜奇 申請(qǐng)人:西安電子科技大學(xué)