雾环境下具有隐私保护的手机感知数据聚合方法研究

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随着5G时代的来临,自动驾驶、无人机、智能电网、虚拟现实等技术得到了飞速的发展。指数增长的边缘数据量已经超出了云计算模式所能承受的数据存储量,为了减轻云服务器日渐沉重的存储与计算压力同时可以及时处理边缘设备每分每秒产生的海量数据,一种新的计算模式应运而生——雾计算。在雾计算环境下,聚合者能够利用雾节点对移动智能手机用户上传的感知数据进行数据聚合,有效摆脱了资源受限的窘境。但与此同时,用户对于身份的隐私保护和聚合者对用户稳定性的诉求,成为移动手机感知数据聚合中需要面临的极大挑战。首先,数据聚合意味着用户需要将感知数据直接转交给不可信的雾节点,如何保证雾节点无法提取用户数据中的隐私信息;其次,参与手机数据感知任务的用户可能会由于缺少电量或者信号连接中断等原因突然离线,如何有效缓解用户群体不稳定所产生的用户动态问题;另外,如何激励那些可以提供高质量服务的用户参与到数据聚合任务中来,同时在给予奖励时保护用户和聚合者身份隐私。本文针对以上三个问题进行了深入研究,主要工作具体如下:(1)针对雾计算环境下用户数量庞大且存在的用户动态加入和退出问题,本文提出了一个基于雾的支持用户动态的安全数据聚合协议FDDA。通过利用随机的单一位置序列号和按位异或聚合方法,保证了用户的匿名性和隐私安全。此外采用盲化离线用户的方法,既能保证数据聚合方案顺利执行,又能保护离线用户的隐私安全。(2)针对当前用户参与手机数据感知任务积极性不高且提供的服务质量层次不齐的问题,本文提出了一个基于雾的具有匿名奖励机制的数据聚合方案FARDA。通过区块链来奖励参与到聚合任务中的用户和雾节点,并利用门罗链的性质使得付款人地址和收款人地址之间的不可链接性得到满足,实现了交易的来源不可追溯。此外,我们利用反向竞拍机制使得聚合者的利益可以得到保障。(3)通过仿真实验,模拟实现了我们的方案FDDA和FARDA。从仿真实验结果可以看出,和现有的手机感知数据聚合方案相比,FDDA方案能够有效的降低系统的计算开销,而且在支持用户动态方面有很大提升;和动态奖励机制CSII相比,FARDA方案能满足数据隐私安全并且在匿名奖励机制上具有更好的效果。
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