面向時空大數據的隱私保護理論基礎研究

何英 付達杰

摘 要：大數據與地理時空下的數據幾乎相互融合，時空大數據逐漸成為市場分析、商業選址、物流、外賣等服務的重要保障，也為智慧城市的發展和個人定位服務提供發展機遇，同時也存在許多安全隱患。本研究從時空視角出發，探討大數據時代下的隱私保護理論背后的認知機制。從而揭示了時空大數據的生命周期及隱私風險、以及時空大數據的隱私保護技術，不僅深化了傳統“小數據”理論框架下研究大數據隱私保護的問題，更為其進一步構建空間大數據隱私管理框架提供參考。

關鍵詞：時空大數據；隱私風險；保護技術；隱私管理框架

中圖分類號：TP311.13；TP309 文獻標識碼：A 文章編號：2096-4706（2018）08-0166-03

Abstract：The big data and data in the geographical space and time are almost integrated，and the space-time large data has gradually become an important guarantee for market analysis，business location，logistics，takeout and other services. It also provides opportunities for the development of intelligent cities and personal positioning services，and there are also many security hidden troubles. From the perspective of time and space，this study explores the cognitive mechanism behind the privacy protection theory in the era of big data. It reveals the life cycle and privacy risk of space-time big data，and the privacy protection technology of space-time big data. It not only deepens the traditional“small data”theory framework to study the problem of big data privacy protection，but also provides a reference for the further construction of space large data privacy management framework.

Keywords：spatiotemporal big data；privacy risks；protection technology；privacy management framework

0 引 言

隨著科學技術的不斷發展，大數據已經深入應用到醫療、電子商務、金融等各大行業，本文提到的時空大數據是將大數據與地理空間下的數據相互融合，并以統一時間和空間為基準來探討該基準下活動與位置的關系數據。據Levinson研究發現，絕對空間參照框架利用地心引力來確定坐標原點，用以描述空間中關系事物的準確位置[1]。本研究將從時空視角出發，討論時空大數據隱私保護技術問題。

1 時空大數據的隱私類別

根據時空大數據的特點，將隱私類別分為以下三類。

1.1 位置數據隱私[2]

第三方可以通過手機隱私的越軌行為，在未經過用戶許可的情況下私自采集隱私數據，通過個人位置信息，挖掘分析身份和工作地點等行為。針對該類隱私可以利用扭曲法、政策法和加密法的隱私保護等技術。

1.2 查詢隱私

大數據最終要被訪問，這也是大數據價值的實現。對數據使用者來說需要查詢隱私，而對數據服務提供商來說需要數據隱私和查詢隱私。該類隱私通常利用數據管理技術、密碼與信息安全等技術。

1.3 發布隱私

用戶可以通過手機、可穿戴等設備，利用微信、微博、社交網站平臺的簽到功能發布時空隱私數據。該類隱私可利用發布隱私數據時的匿名保護等技術。

2 時空大數據的生命周期及隱私風險

基于時空大數據的本質內容和空間特征[3]，本文研究的時空大數據處理框架包括大數據發布和采集、存儲服務器、分析和處理、決策與應用4個部分，同時這4個部分也是時空大數據的整個生命周期全過程，在時空大數據生命周期各階段都存在數據隱私風險。如果在使用時空大數據時既要共享信息和應用數據，又要不過分進行數據保護，就需要根據時空大數據生命周期各階段的隱私風險，研究時空大數據隱私保護的關鍵技術，從而提高時空大數據的發展安全。

2.1 時空大數據發布和采集帶來的隱私風險

通過手機、傳感器、可穿戴等設備可以收集空間大數據，這些信息包括個體出行的過程信息、消費記錄等信息。時空大數據具有采集數據來源廣、數據格式多和非結構化等特點。用戶只需要通過隨身攜帶的移動終端就可以隨時隨地享受互聯網提供的各種軟件、計算和位置服務。用戶如果發布了自己的時空行為信息，這些數據會自動進行隱私數據信息的收集，進而暴露用戶的個人身份和興趣愛好等隱私信息[4]，如果將這些數據直接外包，空間數據將面臨巨大的隱私安全風險。

2.2 時空大數據存儲帶來的隱私風險

時空數據與傳統的數據相比較，數據類型通過點、線、面表示，位置關系通過包含、相鄰、重疊來表示。因此，時空數據可以采用多種存儲方式，對數據類型多、格式繁多的數據進行存儲，例如分布式的存儲方式。從存儲需求來看，能夠快速得到數據。當前使用空間數據管理技術來存儲時空數據，可以增加更高性能的CPU、高容量內存、高速磁盤等來提升存儲性能[5]。具有空間擴展的數據庫系統大多將空間和安全部分劃分成為兩個獨立的模塊，并沒有把二者結合起來。如果時空數據服務器受到攻擊或第三方出于商業目的而泄漏時空數據服務器中的用戶數據時，將會導致返回查詢的數據不正確或者結果不完整的情況。此外，時空數據隱私數據具有敏感性，時空數據的擁有者和用戶并不希望第三方服務器獲知空間數據的具體信息，從而帶來信息泄露的隱私風險。

2.3 時空大數據分析和處理帶來的隱私風險

非結構化時空數據的快速處理能力是大數據分析的重大挑戰，很難依靠某一種或少數幾種方法解決所有的大數據分析問題，需要針對不同類型數據的特點研究相應的分析技術。時空數據在分析和處理環節存在非授權使用和被破壞的風險，而且時空數據具有非結構化、數據源廣、關聯等特點，還存在因關聯分析而造成個人信息泄漏的風險。

2.4 時空大數據應用與決策

時空大數據在城市智能化和社會經濟發展中的應用越來越普遍化，與此同時，對數據安全的需求也愈來愈大。如果時空數據在使用過程中沒有被妥善處理，會對用戶的隱私信息帶來極大的風險[6]。通過分析時空數據，發現用戶的興趣愛好等隱私數據，從而提供針對性的服務，這在很大程度上給用戶的隱私信息泄露埋下了隱患。

3 時空大數據隱私保護的關鍵技術

3.1 時空大數據發布隱私保護關鍵技術

在時空數據發布過程中可以使用匿名方法[7]保護敏感信息，當前比較成功的匿名方法包括為位置k匿名和軌跡k匿名。匿名方法是通過位置記錄泛化，將用戶所在特定的時間范圍和空間區域泛化在相同的空間區域，進而避免攻擊者識別特定時間范圍和空間區域的特定用戶[8，9]。

3.2 時空大數據存儲隱私保護關鍵技術

由于普通用戶沒有控制存儲在云服務數據的權限，如果不可信的第三方云服務提供商將用戶數據進行篡改或丟棄，將對用戶產生極大的侵害。因此，數據擁有者或者第三方機構可以對云服務中的數據進行完整性審計，從而確保數據不會被篡改或丟棄，使用戶的隱私信息不會被泄露出去[10]。

3.3 時空大數據分析隱私保護技術

隨著移動互聯網的迅速發展，現有的數據分析和處理能力已經不能適應海量數據猛增的速度。因此，需要研究更可靠和更有效的時空大數據分析處理技術，并且針對時空大數據分析隱私保護技術的發展極為重要。目前已經研發出來的技術有數據失真和加密的技術，它不僅可以提高數據可用性，而且可以防范利用數據分析方法引發隱私泄露的風險。

3.4 時空大數據應用隱私保護技術

時空大數據已經應用在智慧交通、智慧物流和智慧醫療等領域，為提高時空大數據在訪問和使用過程中的隱私保護問題，目前可以采用時空大數據資源權限控制技術，該技術可以確保時空大數據在合適的時間和地點，讓合適的用戶進行訪問和使用。

4 針對時空大數據隱私管理框架的幾點建議

本文提出的時空大數據隱私管理框架是針對時空大數據隱私風險建立的，這也是解決時空大數據隱私問題的當務之急。時空大數據隱私管理框架可以從目標設定、需求分析、框架設計等步驟來討論隱私保護的技術及方法。

4.1 目標設定

有效的隱私保護機制可以在共享和應用時防止時空大數據生命周期中各階段的隱私泄露，時空大數據隱私管理框架是針對時空大數據隱私風險進行主動評估和追蹤問責來開展深入分析的。通過時空大數據隱私管理風險監測和評估機制來對隱私泄露進行追蹤溯源。

4.2 需求分析

時空大數據生命周期各階段隱私風險都需要被主動監測和評估，目的是避免時空大數據隱私信息的泄露或過度保護，平衡時空大數據的隱私信息應用和隱私保護之間的關系。有效的風險評估機制可以對時空大數據隱私泄露進行追蹤溯源，并分析泄露的原因，從而彌補現有時空大數據隱私保護技術的不足，并對時空大數據隱私風險評估機制的有效性進行反饋。

4.3 框架設計

非技術層面的隱私風險管理。法律法規可以有效對隱私侵害行為進行制裁和問責，這是時空大數據風險隱私保護手段。因此，制定和完善時空大數據隱私保護法律法規是非常有必要的。

技術層面的隱私風險管理。在討論時空大數據隱私管理框架之前，需要從隱私生命周期建模、隱私風險評估和時空大數據隱私溯源問責幾個模塊進行研究。

（1）隱私生命周期建模模塊。根據時空大數據隱私生命周期的形成和演化規律來構建時空大數據隱私生命周期模型；（2）隱私風險評估模塊。針對時空大數據隱私生命周期各階段的隱私泄露風險，研究時空大數據信息共享和應用的約束概率和影響程度，為了起到風險預警作用，建立隱私風險評估機制；（3）時空大數據隱私溯源問責。時空大數據具有動態性、復雜性和異構性特點，可以構建動態信息追蹤模型，利用時空大數據溯源技術，建立隱私溯源問責機制。

5 結 論

時空大數據的應用已經慢慢深入到社會的各行各業，具有非常廣闊的發展前景，但機遇始終與危機共存，時空大數據在發展的同時也面臨著許多的風險和挑戰。因此，時空大數據隱私保護技術的研究是必不可少的。本文提出的面向時空大數據的隱私保護新理論和新方法可以通過追蹤溯源，分析時空大數據隱私信息泄露的原因，進而完善隱私風險評估機制，形成有效的隱私保護技術。有效的隱私保護技術是時空大數據應用的前提條件，可以為解決時空大數據隱私保護問題提供新思路和解決方案。

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作者簡介：何英（1983-），女，漢族，江西九江人，助教，碩士。研究方向：移動互聯網、安卓開發；付達杰（1983-），男，漢族，江西九江人，副院長，教授，碩士。研究方向：多媒體技術、信息系統與信息管理。