基于路網預測的長時請求位置隱私保護方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種基于路網預測的長時請求位置隱私保護方法，主要解決基于位置的服務中的位置隱私保護以及服務質量的優(yōu)化問題。本發(fā)明的步驟為：1、建立道路網模型；2、目標用戶發(fā)送請求；3、計算初始匿名面積；4、預測最優(yōu)時刻；5、計算匿名區(qū)域面積；6、上傳信息并返回結果。本發(fā)明巧妙的融合預測用戶位置的方法與位置隱私保護方法，提出概率位置的新概念并用于計算預測匿名區(qū)域，每次只需要提取一次用戶位置，減少了服務花費，有效抵擋連續(xù)查詢攻擊。本發(fā)明通過動態(tài)預測用戶的位置，成功的預測了最優(yōu)的匿名時刻，減小了匿名區(qū)域的面積，提供了更加優(yōu)質的服務。
【專利說明】基于路網預測的長時請求位置隱私保護方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于通信【技術領域】，更進一步涉及信息安全【技術領域】中的一種基于路網預測的長時請求位置隱私保護方法。本發(fā)明可以動態(tài)預測用戶之后的位置從而得到更小的匿名區(qū)域，在保護用戶位置隱私不被泄露的基礎上為用戶提高了服務質量。本發(fā)明可用于基于位置的服務系統(tǒng)的位置隱私保護和服務優(yōu)化。
【背景技術】
[0002]隨著移動網絡以及云計算的飛速發(fā)展，可以利用用戶的位置信息對用戶進行相關的服務，即基于位置的服務(LBS)已經引起了廣泛的關注和應用。在一次LBS請求中，用戶必須上傳自己準確的位置，有可能造成自己隱私的泄露。為了解決LBS中的位置隱私泄露問題，通常使用假名或者K-匿名機制，即尋找最近的K個用戶形成匿名區(qū)域來保護位置隱私。
[0003]西安電子科技大學提出的專利申請“基于動態(tài)假名的位置隱私保護方法”(申請?zhí)朇N201310647713.2，申請公布號CN103618995A)公開了一種基于動態(tài)假名的位置隱私保護方法，具體步驟是:建立由用戶、可信機構、服務運營商組成的通信系統(tǒng)；可信機構初始化系統(tǒng)；用戶向可信機構在線注冊，獲得公私鑰；可信機構定期為用戶更新假名及假名證書；用戶使用動態(tài)假名向服務運營商請求位置服務；服務運營商為合法用戶提供服務數(shù)據(jù)，請求可信機構撤銷惡意用戶；合法用戶獲得位置服務數(shù)據(jù)。該專利申請存在的不足是:頻繁地為用戶更換假名及假名證書帶來很大的服務花費；且此方法容易遭到連續(xù)查詢攻擊，從而判定出用戶對應的假名。
[0004]北京航空航天大學提出的專利申請“一種面向路網的查詢感知的位置隱私保護系統(tǒng)”(申請?zhí)朇N201210392761.7，申請公布號CN102970652A)公開了屬于位置服務中的一種面向路網的查詢感知的位置隱私保護系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過移動用戶提出匿名請求；匿名服務器中的匿名模塊對請求進行匿名，產生匿名路段集合，然后把匿名路段集合以及與之對應的查詢集合發(fā)送給位置服務器。位置服務器處理請求并把查詢的候選結果集合發(fā)送給匿名服務器，匿名服務器的查詢處理模塊對收到的候選結果集合進行過濾，并且把過濾后最終結果發(fā)送給相應的用戶。該專利申請存在的不足是:路段組成的匿名區(qū)域只是基本滿足用戶需求的區(qū)域，不能提供高的服務質量，而且隨著匿名需求的增大，服務的精確性也越來越低。

【發(fā)明內容】

[0005]本發(fā)明針對上述現(xiàn)有技術的不足，提出一種基于路網預測的長時請求位置隱私保護方法。本發(fā)明采用動態(tài)預測的方法，在路網上預測用戶位置的基礎上，動態(tài)預測未來可用的匿名區(qū)域，求出最優(yōu)匿名時刻，既保證了用戶隱私不泄露，也提供了更好的服務質量。
[0006]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的具體步驟包括如下:
[0007](I)建立道路網模型:[0008](Ia)輸入路網預測服務地區(qū)的道路數(shù)據(jù)，將輸入的道路數(shù)據(jù)存貯于匿名服務器中； [0009](Ib)統(tǒng)計一萬個用戶，在路網中通過同一個路口后選擇不同方向通行的用戶數(shù)，計算該路口不同方向的轉移概率，得到轉移概率矩陣，依此逐個得到所有路口的轉移概率矩陣。
[0010](2)目標用戶發(fā)送請求:
[0011](2a)目標用戶給匿名服務器發(fā)送位置信息、請求內容、匿名需求和回執(zhí)時限；
[0012](2b)對回執(zhí)時限，以I分鐘的間隔等分為η個時刻。
[0013](3)計算初始匿名面積:
[0014](3a)提取當前時刻目標用戶以及該目標用戶周圍用戶的位置信息；
[0015](3b)匿名服務器在路網上初始化一個矩形區(qū)域，作為匿名用戶群；
[0016](3c)將目標用戶和離該目標用戶最近的一個用戶加入匿名用戶群，按照匿名用戶群面積公式，計算匿名用戶群面積；
[0017](3d)判斷匿名用戶群的用戶數(shù)量是否滿足匿名需求，若是，執(zhí)行步驟(3f);否則，執(zhí)行步驟(3e);
[0018](3e)將使匿名用戶群面積增加最小的用戶，加入到匿名用戶群中，更新匿名用戶群，每次增加一個用戶，直至匿名群滿足匿名需求；
[0019](3f)按照匿名用戶群面積公式，計算匿名用戶群面積，將獲得的匿名用戶群面積作為初始匿名面積，存儲于匿名服務器中。
[0020](4)預測最優(yōu)時刻:
[0021](4a)采用位置預測方法，預測下一時刻所有用戶的位置信息；
[0022](4b)匿名服務器在路網上初始化一個新的矩形區(qū)域，作為預測匿名群；
[0023](4c)將目標用戶和離該目標用戶最近的一個用戶加入預測匿名群，按照預測匿名群概率公式，計算預測匿名群的概率；
[0024](4d)按照下式，計算預測匿名群周圍待加入用戶的效用值:
【權利要求】
1.一種基于路網預測的長時請求位置隱私保護方法，包括如下步驟: (1)建立道路網模型: (Ia)輸入路網預測服務地區(qū)的道路數(shù)據(jù)，將輸入的道路數(shù)據(jù)存貯于匿名服務器中；(Ib)統(tǒng)計一萬個用戶，在路網中通過同一個路口后選擇不同方向通行的用戶數(shù)，計算該路口不同方向的轉移概率，得到轉移概率矩陣，依此逐個得到所有路口的轉移概率矩陣； (2)目標用戶發(fā)送請求: (2a)目標用戶給匿名服務器發(fā)送位置信息、請求內容、匿名需求和回執(zhí)時限； (2b)對回執(zhí)時限，以I分鐘的間隔等分為η個時刻； (3)計算初始匿名面積: (3a)提取當前時刻目標用戶以及該目標用戶周圍用戶的位置信息； (3b)匿名服務器在路網上初始化一個矩形區(qū)域，作為匿名用戶群； (3c)將目標用戶和離該目標用戶最近的一個用戶加入匿名用戶群，按照匿名用戶群面積公式，計算匿名用戶群面積； (3d)判斷匿名用戶群的用戶數(shù)量是否滿足匿名需求，若是，執(zhí)行步驟(3f);否則，執(zhí)行步驟(3e)； (3e)將使匿名用戶群面積增加最小的用戶，加入到匿名用戶群中，更新匿名用戶群，每次增加一個用戶，直至匿名群滿足匿名需求； (3f)按照匿名用戶群面積公式，計算匿名用戶群面積，將獲得的匿名用戶群面積作為初始匿名面積，存儲于匿名服務器中； (4)預測最優(yōu)時刻: (4a)采用位置預測方法，預測下一時刻所有用戶的位置信息； (4b)匿名服務器在路網上初始化一個新的矩形區(qū)域，作為預測匿名群； (4c)將目標用戶和離該目標用戶最近的一個用戶加入預測匿名群，按照預測匿名群概率公式，計算預測匿名群的概率； (4d)按照下式，計算預測匿名群周圍待加入用戶的效用值: B =ΔP/ΔS 其中，B表示預測匿名群周圍待加入用戶的效用值，△ P表示預測匿名群增加待加入用戶后預測匿名群概率的增加值，△S表示預測匿名群增加待加入用戶進入匿名群后預測匿名群面積的增加值； (4e)依據(jù)預測匿名群周圍待加入用戶效用值的大小，依次選取效用值最小的用戶加入預測匿名群，更新預測匿名群，按照預測匿名群概率公式，計算新預測匿名群的概率； (4f)將預測匿名群概率閾值設為0.8，當預測匿名群的概率小于0.8時，執(zhí)行步驟(4d);否則，認為該預測匿名群滿足匿名要求，執(zhí)行步驟(4g)； (4g)按照匿名用戶群面積公式，計算當前時刻預測匿名群的面積； (4h)重復執(zhí)行步驟(4a)至步驟(4g)，計算所有時刻的預測匿名群面積，將預測匿名群面積存儲于匿名服務器中；(4i)比較初始匿名面積與預測匿名群面積的大小，當初始匿名面積大于任意一個預測匿名群的面積時，將當前時刻更新為下一時刻，執(zhí)行步驟(3);當初始匿名面積小于所有預測匿名群的面積時，執(zhí)行步驟(5)； (5)計算匿名區(qū)域面積: 采用匿名用戶群面積公式，計算當前時刻的匿名用戶群面積；將當前時刻的匿名用戶群所在的矩形區(qū)域，作為目標用戶的匿名區(qū)域； (6)上傳信息并返回結果: (6a)匿名服務器將目標用戶請求和該目標用戶的匿名區(qū)域，發(fā)送給服務商； (6b)匿名服務器將從服務商獲得的查詢結果，返回給目標用戶。
2.根據(jù)權利要求1所述的基于路網預測的長時請求位置隱私保護方法，其特征在于，步驟(Ia)所述道路數(shù)據(jù)包括路口坐標和路口間是否連接為路。
3.根據(jù)權利要求1所述的基于路網預測的長時請求位置隱私保護方法，其特征在于，步驟(Ib)所述的轉移概率的計算公式如下:
Pj, i = Nj,i/Ni 其中，Pu表示道路i到道路j的轉移概率，i，j表示連接同一個路口的任意兩條道路，Nli表示在道路i上選擇去道路j的用戶數(shù)，Ni表示道路i上的總用戶數(shù)。
4.根據(jù)權利要求1所述的基于路網預測的長時請求位置隱私保護方法，其特征在于，步驟(Ib)所述的轉移概率矩陣如下:

5.根據(jù)權利要求1所述的基于路網預測的長時請求位置隱私保護方法，其特征在于，步驟(2a)、步驟(3a)、步驟(4a)所述的位置信息包括目標用戶的標識符，當前坐標，當前速度，目的路口坐標，運動方向，初始值為I的概率。
6.根據(jù)權利要求1所述的基于路網預測的長時請求位置隱私保護方法，其特征在于，步驟(2a)、步驟(3d)所述的匿名需求是指，用戶對匿名服務器生成的匿名區(qū)域中用戶數(shù)量的需求。
7.根據(jù)權利要求1所述的基于路網預測的長時請求位置隱私保護方法，其特征在于，步驟(3c)、步驟(3f)、步驟(4g)、步驟(5)所述的匿名用戶群面積公式如下:
S = (Umin) X (Ymax-Ymin) 其中，S表示匿名用戶群面積，Xmax、Xmin分別表示匿名用戶群中所有用戶橫坐標的最大值和最小值，Ymax、Ymin分別表示匿名用戶群中所有用戶縱坐標的最大值和最小值。
8.根據(jù)權利要求1所述的基于路網預測的長時請求位置隱私保護方法，其特征在于，步驟(4a)所述的位置預測方法的具體步驟如下: 第一步，提取當前時刻待預測用戶的位置信息；第二步，用待預測用戶位置信息中的速度與I分鐘時間相乘，得到待預測用戶的移動距離； 第三步，比較待預測用戶移動距離與待預測用戶到目的路口距離的大小，若待預測用戶移動距離大于待預測用戶到目的路口距離，則表示待預測用戶穿過路口，執(zhí)行第四步，否貝U，認為待預測用戶未穿過路口，執(zhí)行第六步； 第四步，將待預測用戶位置信息中的當前坐標更新為路口坐標；用待預測用戶移動距離減去待預測用戶到目的路口距離，將該距離差作為新的移動距離； 第五步，按照下式，計算不同方向位置信息中的概率，將求得的概率作為新的位置信息中的概率:
P = Po Xpijj 其中，P表示待預測用戶穿過路口后位置信息中的概率，Po表示待預測用戶穿過路口前位置信息中的概率，Pi,j表示待預測用戶從道路i走向道路j的概率； 第六步，用待預測用戶移動距離乘以運動方向的單位方向向量，得到待預測用戶的移動坐標向量，用待預測用戶當前時刻位置信息中的當前坐標加上待預測用戶的移動坐標向量，將得到的位置信息作為待預測用戶下一時刻的位置信息。
9.根據(jù)權利要求1所述的基于路網預測的長時請求位置隱私保護方法，其特征在于，步驟(4c)、步驟(4e)所述的預測匿名群概率公式如下:
【文檔編號】H04W12/02GK103957501SQ201410126020
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2014年3月31日 優(yōu)先權日:2014年3月31日
【發(fā)明者】王祥, 裴慶祺, 姜炎, 趙大為 申請人:西安電子科技大學