差分私有位置隐私保护技术研究

来源 :兰州交通大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:ybchen123
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目前,我国已经进入万物互联的时代,伴随着移动网络和通信技术的飞速发展,基于位置服务的普及也极大地丰富了人们的生产生活方式。但是,由于用户使用各类LBS应用时需要向不可信的LBS提供商发送自己的当前的位置信息和与位置相关的查询内容,这可能会引发严重的隐私关注。用户对个人位置隐私安全的担忧已经成为阻碍LBS整个行业健康发展的重要因素之一,因此研究既能保护用户的位置隐私,又能够为用户提供高质量服务的位置隐私保护方法对LBS产业的健康发展具有重大的意义。差分隐私因其具有安全性、实用性和可证明性等优点,已成为位置隐私保护领域最受欢迎的技术之一。但是现有的基于差分隐私的位置隐私保护方法往往侧重于隐私保护强度的提高,忽略了在隐私保护强度、服务可用性以及计算开销之间取得较好的权衡。另外,该类方法主要针对单个位置点的隐私保护,不能满足位置轨迹隐私保护的需求,且生成模拟轨迹的过程资源开销较大。针对以上问题,本文引入语义位置、密度感知网格和马尔科夫链等手段,并结合差分隐私机制展开研究,给出了能够解决上述问题的位置隐私保护机制。本文所做的主要研究工作如下:(1)分析、比较了现有基于位置的差分私有隐私保护方法,指出了现有方法存在的问题,通过深入的文献调研,设计了具体有效的解决方案。(2)针对如何在位置隐私保护中实现更合理的噪声添加的问题,提出了融合语义位置信息的差分私有位置隐私保护方法(DP3-SLOC),该方法在“地理不可区分性”的框架上构建位置语义信息,通过语义位置的信息度量功能确定位置敏感程度,并依据位置敏感程度为不同兴趣点密度区域细粒度地添加不同强度的Laplace噪声。在两个数据集下的实验结果表明,和已有方法相比,所提方法在时间开销上最多有9.5%的降低;相较于传统的平面拉普拉斯机制,在兴趣点稀疏地区保护强度最高可提升50%;相较于弹性机制,在不增加时间开销的前提下,针对兴趣点密集区域提供的服务质量平均可提升5.3%,并其在不损失已有的隐私保护强度的前提下为稀疏区域提供保护时的稳定性平均可提高41.78%。因此DP3-SLOC在不增加计算开销的前提下能够有效的保护位置隐私,且在服务质量和隐私保护强度之间能够取得一个较好的权衡。(3)针对现有基于差分私有的位置轨迹保护机制很少在考虑生成轨迹可用性的同时保证位置隐私安全的问题,提出了一种基于AdaTrace框架并结合密度感知技术和马尔科夫链的模拟轨迹生成机制(I-AdaTrace)。该方案保留了真实轨迹中相关的关键实用信息,并结合Laplace噪声添加机制使生成的模拟轨迹既能抵御拥有背景知识的推理攻击,又可以取得较高的可用性,并且拥有较低的计算时间开销。实验在公开的仿真数据集上进行,通过统计三个大方向8个指标的24项实验结果表明,所提方法能够在保证生成轨迹可用性的前提下实现隐私保护、轨迹效用和时间开销三者间的权衡,从而实现更加个性化的位置轨迹隐私保护。
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