云环境下基于位置的可信查询服务研究

来源 :北京邮电大学 | 被引量 : 2次 | 上传用户:zb280048797
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随着无线通信技术的快速发展及带有定位功能的智能移动终端的普及,基于位置的服务在社会生活的各个领域都有广泛应用。在基于位置的服务中,数据呈爆炸式增长。因此,基于位置的服务提供商在本地管理数据并提供高效的基于位置的服务的成本越来越高。而云计算平台的出现,为中小型基于位置的服务提供商提供了新的选择。利用云计算平台计算能力强、可靠性高、价格低廉等优势,越来越多基于位置的服务提供商将其大规模的数据和服务外包至云计算平台中,让云服务提供商代其高效地管理数据、提供服务。然而,由于基于位置的服务提供商对其外包的数据及服务失去了直接的控制,云服务提供商可能出于自身利益的原因,篡改返回给用户的查询结果。此外,即使云服务提供商不会主动篡改返回给用户的查询结果,但云环境中内部或外部的攻击者仍有可能入侵到云服务提供商的服务器中,进而对返回给用户的查询结果进行篡改。这一问题得到了产业界和学术界的普遍关注,在云环境下提供基于位置的可信查询服务已经成为当前云计算领域的研究热点之一。如何在保证云服务提供商返回查询结果的可信性可被用户验证的前提下,在云环境下提供高效的基于位置的服务,并降低由于验证功能的引入而带来的额外的云服务提供商和用户之间的通信开销和用户的计算开销,是该研究面临的主要挑战。本文聚焦于基于位置的服务中的重要数据类型:空间文本数据,并针对基于该数据类型的三类重要的查询服务:(1)空间文本Top-k查询;(2)空间文本相似连接查询;(3)位置感知的推送/订阅服务,对如何提供云环境下基于位置的可信查询服务问题进行深入研究,并取得以下创新性成果:(1)针对空间文本Top-k查询服务外包时的查询结果可信性问题,本文提出了可信的空间文本Top-k查询算法,其中包括基本方案、基于树-森林索引的方案和基于记录剪枝的方案。在基本方案中,提出一个空间文本数据的可信索引结构MIR树。然而,基于MIR树构造的验证信息中包含了过多的冗余文本信息,造成云服务提供商和用户之间巨大的通信开销和用户巨大的计算开销。基于树-森林索引的方案对该问题进行优化。在基于树-森林索引的方案中,提出一个将MIR树解耦的可信索引结构:树-森林索引。基于树-森林索引构造的验证信息中有效去除了冗余文本信息,进而降低了云服务提供商和用户之间的通信开销和用户的计算开销。此外,在基于记录剪枝的方案中,利用空间接近性和文本相似性的双重限制,对验证信息中与查询结果无关并且不会影响查询结果验证的冗余记录进行剪枝,验证信息得到进一步优化。实验结果表明,所提算法能够在完成查询结果验证功能的基础上,获得较高的空间文本Top-k查询效率和较强的可扩展性。(2)针对空间文本相似连接查询服务外包时的查询结果可信性问题,本文提出了可信的空间文本相似连接查询算法,其中包括基于点对验证的方案、基于聚类的方案和基于顺序和边界的方案。在基于点对验证的方案中,提出一个点哈希树的可信索引结构。基于此可信索引结构,还提出一个包含每个点对的关键信息的点对表用以构造验证信息。基于聚类的方案对基于点对验证的方案进行优化。根据一个前缀倒排文件,一定不是连接结果的点可被过滤掉,并且剩余的点可根据其空间接近性和文本相似性进行聚类,以优化验证信息。基于顺序和边界的方案进一步优化基于聚类的方案,以降低云服务提供商和基于位置的服务提供商之间的通信开销和基于位置的服务提供商的计算开销。实验结果表明了所提算法的准确性及高效性。(3)针对位置感知的推送/订阅服务外包时的查询结果可信性问题,本文提出了可信的位置感知的推送/订阅框架。在假设用户允许推送给他们的消息有一个最大为At的推送延迟的前提下,提出了可信索引结构TMR树,即文本感知的MerkleR树(用以组织△内所有消息的空间信息和文本信息)、基于倒排文件剪枝技术的过滤-验证框架(倒排文件剪枝技术可以减少云服务提供商对索引所有用户订阅数据的倒排文件的遍历次数,进而提升云服务提供商推送消息计算的效率)、验证信息构造方法及推送消息验证方法。实验结果表明,所提框架不仅可以提供高效的位置感知的推送/订阅服务,还可以以较小的通信和计算开销使用户对推送消息进行验证。
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