基于貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的位置隱私保護(hù)方法研究.pdf

1、基于位置的服務(wù)（location-based services，LBS）設(shè)備及其相關(guān)技術(shù)的快速普及應(yīng)用，使得隱私泄露(privacy disclosure)問(wèn)題逐漸受到關(guān)注，同時(shí)，位置數(shù)據(jù)的收集與分析、挖掘也使得軌跡隱私泄露問(wèn)題逐漸凸顯。這就引發(fā)了一系列的位置隱私保護(hù)和軌跡隱私保護(hù)方法的研究，由于位置服務(wù)方需要在保證用戶隱私不被攻擊的前提下，同時(shí)保證服務(wù)質(zhì)量(Qos)。所以匿名最優(yōu)解、個(gè)性化隱私模型(Personalized Anony

2、mization Model)等成為隱私保護(hù)度和服務(wù)質(zhì)量之間矛盾的平衡因素及度量標(biāo)準(zhǔn)。本文針對(duì)匿名最優(yōu)解，充分結(jié)合環(huán)境數(shù)據(jù)創(chuàng)建了基于區(qū)域估計(jì)的貝葉斯網(wǎng)絡(luò)，為匿名過(guò)程提供適時(shí)適度的匿名區(qū)域建議，同時(shí)加入個(gè)性化隱私需求，從LBS中單次查詢和連續(xù)查詢兩種需求出發(fā)，進(jìn)行了位置隱私保護(hù)方法和軌跡隱私保護(hù)方法的研究。
　　首先，針對(duì)匿名區(qū)域(cloak region)具有一定程度的可估計(jì)特性，提出了基于貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的路網(wǎng)位置匿名建議模型。通過(guò)對(duì)

3、貝葉斯網(wǎng)絡(luò)（Bayesian Networks,BN）理論及方法的應(yīng)用研究，明確了解決匿名區(qū)域不確定性的推理結(jié)構(gòu)和方法；同時(shí)在傳統(tǒng)的基于時(shí)空區(qū)域的匿名模型基礎(chǔ)上，引入了道路網(wǎng)絡(luò)約束條件，并描述了相關(guān)的道路網(wǎng)絡(luò)模型；選擇了可獲得的、與匿名區(qū)域形成相關(guān)的位置（location-based）數(shù)據(jù)，構(gòu)建了可以對(duì)路網(wǎng)位置匿名區(qū)域進(jìn)行估計(jì)的BN模型。結(jié)合傳統(tǒng)的時(shí)空匿名算法，設(shè)計(jì)了基于匿名區(qū)域建議的匿名算法。此外，引入了個(gè)性化的匿名需求參數(shù)，并通過(guò)(

4、k, l)－匿名需求原則對(duì)隱私保護(hù)程度進(jìn)行了定義和分析。最后從理論上分析了匿名區(qū)域估計(jì)模型的結(jié)構(gòu)合理性和有效性，并設(shè)計(jì)了基于道路網(wǎng)絡(luò)的不同隱私需求和不同敏感度級(jí)別的匿名實(shí)驗(yàn)。仿真實(shí)驗(yàn)表明：與經(jīng)典的IntervalCloaking、NearestNeigborCloaking、HilbertCloak三種匿名算法相比，基于匿名區(qū)域建議的匿名算法具有更高的匿名成功率和執(zhí)行效率。
　　其次，針對(duì)匿名區(qū)域估計(jì)模型，只限于路網(wǎng)約束區(qū)域的匿名

5、建議，提出了面向空間區(qū)域的匿名估計(jì)模型。對(duì)BN結(jié)構(gòu)中部分節(jié)點(diǎn)進(jìn)行了修改調(diào)整，重新描述了匿名區(qū)域估計(jì)的BN模型。同時(shí)，為了緩解BN模型所適用的中心匿名結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)瓶頸問(wèn)題，提出了半可信的中心匿名體系結(jié)構(gòu)，并針對(duì)此結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)了相應(yīng)的用戶端加密算法、基于匿名建議的匿名器端匿名算法。此外，針對(duì)已有基于空間區(qū)域劃分的HC和VHC匿名方法，進(jìn)行了可結(jié)合空間環(huán)境數(shù)據(jù)的匿名優(yōu)化分析，并設(shè)計(jì)添加了匿名區(qū)域建議到這兩種方法中。最后仿真實(shí)驗(yàn)表明：基于匿名區(qū)域建議

6、的空間位置匿名算法具有較高的匿名成功率和執(zhí)行效率。尤其是對(duì)于匿名需求(k>20及以上)和敏感度需求(l/k>0.5及以上)的查詢，其匿名效率更高。
　　再次，針對(duì)目前大多數(shù)方法只能解決單次查詢的位置匿名，提出了基于路段選擇建議的連續(xù)位置匿名估計(jì)模型。描述了道路－原子路網(wǎng)模型的相關(guān)概念、以及基于原子行駛路段的交通網(wǎng)絡(luò)圖模型；根據(jù)連續(xù)位置匿名的特點(diǎn)，構(gòu)建了基于路段選擇估計(jì)的BN模型。同時(shí)，針對(duì)諸多位置匿名方法不能解決連續(xù)查詢攻擊的問(wèn)題

7、，具體描述了連續(xù)查詢攻擊模型，以及基于熵理論的匿名度量標(biāo)準(zhǔn)，在傳統(tǒng)的連續(xù)位置匿名算法的基礎(chǔ)上，提出了基于路段選擇建議的連續(xù)位置匿名算法。此算法借鑒了robustLocationPrivacy方法中采用的“動(dòng)態(tài)組”的思想，引入了分別管理查詢信息和匿名區(qū)域信息的原則，以在匿名區(qū)域集合內(nèi)形成“動(dòng)態(tài)互惠組”的方式，管理并暫存各組共用的匿名區(qū)域，從而達(dá)到匿名區(qū)域利用最大化的目的。最后的仿真實(shí)驗(yàn)表明：基于路段選擇建議的匿名算法，可以在保證匿名效率的

8、基礎(chǔ)上，有效地防止連續(xù)位置匿名帶來(lái)的連續(xù)查詢攻擊。
　　最后，針對(duì)部分連續(xù)查詢的固定間隔和跟蹤服務(wù)需求特性，提出了基于匿名路段選擇建議的動(dòng)態(tài)貝葉斯網(wǎng)絡(luò)。首先針對(duì)此類連續(xù)查詢的兩個(gè)主要特性，轉(zhuǎn)化其可預(yù)測(cè)的連續(xù)位置成為軌跡片段，從而轉(zhuǎn)化連續(xù)位置隱私保護(hù)問(wèn)題成為軌跡隱私保護(hù)問(wèn)題；其次從BN網(wǎng)絡(luò)中截取了匿名行駛狀態(tài)估計(jì)部分，構(gòu)建了DBN的初始網(wǎng)絡(luò)和過(guò)渡網(wǎng)絡(luò)，并用來(lái)對(duì)應(yīng)各軌跡片斷的匿名建議。最后設(shè)計(jì)了基于路段選擇建議的軌跡匿名算法，同時(shí)針對(duì)