大數(shù)據(jù)下的位置隱私保護(hù)技術(shù)的研究

◆孫 玲

（哈爾濱石油學(xué)院 黑龍江 150028）

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，Internet已經(jīng)成為人們?nèi)粘Ｉ畈豢苫蛉钡牟糠郑褐悄芙K端、電子銀行、網(wǎng)上購(gòu)物、網(wǎng)絡(luò)通信，瀏覽查詢都離不開(kāi)網(wǎng)絡(luò)，隨之而來(lái)大數(shù)據(jù)技術(shù)的普及，給人們提供了很大方便，例如某團(tuán)的點(diǎn)餐業(yè)務(wù)通過(guò)定位系統(tǒng)提交自己的位置信息，就可以返回最近的餐館，商場(chǎng)，停車場(chǎng)等。帶來(lái)方便的同時(shí)，隱私信息的泄露在一定程度上使得用戶害怕使用位置服務(wù)同時(shí)又產(chǎn)生許多安全問(wèn)題。

1 研究背景

1.1 位置隱私的概念

位置隱私指的是由于服務(wù)或系統(tǒng)需要用戶提供自身的＜I，P，T＞三元組信息而導(dǎo)致的用戶隱私泄露問(wèn)題[1]。其中，I是指身份通常用標(biāo)識(shí)用戶的ID表示，該標(biāo)識(shí)可以是身份證號(hào)或者任何唯一標(biāo)識(shí)用戶的屬性集；P是指位置通常反映空間坐標(biāo)中的X坐標(biāo)和Y坐標(biāo)，T是指時(shí)間通常反映了用戶位置信息的有效的時(shí)間點(diǎn)或時(shí)間段。通過(guò)這個(gè)三元組，實(shí)際上就泄露了用戶所在時(shí)間所處位置，通過(guò)這些信息可以預(yù)測(cè)用戶可能的行為。

1.2 位置隱私的特點(diǎn)

與傳統(tǒng)的隱私不同，位置隱私因其特有的屬性，它具有以下特點(diǎn)：

（1）保護(hù)位置隱私與享受服務(wù)是一對(duì)矛盾，想要獲得上文所提到的便享活動(dòng)，首先就需要開(kāi)啟定位系統(tǒng)。

（2）位置隱私的多維性，位置隱私受三維立體空間的限制。

（3）位置隱私的即時(shí)性和可預(yù)測(cè)性，位置隱私中包含了時(shí)間戳的要素，反映不同時(shí)間不同操作，具有時(shí)效性的同時(shí)也預(yù)測(cè)一定時(shí)間內(nèi)的位置軌跡隱私性。

（4）位置隱私可滿足查詢請(qǐng)求，同時(shí)具有潛在的危險(xiǎn)性。

（5）位置隱私需求個(gè)性化，體現(xiàn)在位置隱私可用于餐飲、娛樂(lè)、醫(yī)療等生活的各個(gè)方面。

1.3 位置隱私的問(wèn)題和分析

現(xiàn)階段位置隱私泄露所面臨的問(wèn)題主要有三個(gè)：用戶使用移動(dòng)設(shè)備和計(jì)算機(jī)設(shè)備直接受到嗅探攻擊，從而獲取到位置隱私信息；網(wǎng)絡(luò)通信傳輸不安全，傳輸?shù)臄?shù)據(jù)被截獲，用戶隱私泄露包括位置隱私；用戶通過(guò)智能終端上應(yīng)用的 APP向服務(wù)器提供者提交自己的位置信息服務(wù)器不受信任或者信息服務(wù)器被攻擊信息泄露[2]。

前兩種情況可以采用信息加密技術(shù)來(lái)保證設(shè)備存儲(chǔ)的信息以及通信信道的安全性，避免信息泄露后顯示明文信息。而后一種情況，既保證信息分享后返回的查詢信息準(zhǔn)確，又要保護(hù)用戶私密位置信息不被泄露，今年來(lái)比較好解決方法是位置隱私保護(hù)技術(shù)中的K匿名算法。

2 位置隱私保護(hù)技術(shù)

K匿名算法是指在位置隱私中，為了防止服務(wù)器泄露用戶的真正位置，因此，可以模擬出K-1個(gè)用戶，與真實(shí)的用戶位置組成一個(gè)空間區(qū)域。這樣使得提出位置服務(wù)請(qǐng)求的用戶在該空間區(qū)域內(nèi)，從而了用戶身份隱私。目前研究K匿名算法的熱點(diǎn)是：間隔匿名、Hilbert匿名和連續(xù)查詢匿名算法。

2.1 間隔匿名算法

間隔匿名算法是建立一個(gè)K匿名空間，這個(gè)空間是基于一個(gè)四叉樹(shù)結(jié)構(gòu)，基本思想如下：

（1）將匿名空間分成四個(gè)面積相等的正方形；

（2）通過(guò)遞歸算法將每個(gè)正方形在進(jìn)行分割；

（3）連續(xù)進(jìn)行分割，直到所有的最小正方形區(qū)域的面積為系統(tǒng)要求的用戶最小匿名區(qū)面積。

（4）所有的正方形，每一個(gè)正方形都是四叉樹(shù)的一個(gè)節(jié)點(diǎn)，整個(gè)匿名空間就是由所有的四叉樹(shù)節(jié)點(diǎn)構(gòu)成。

2.2 Hilbert匿名算法

Hilbert匿名算法基本思想是：將二維空間映射到一維Hilbert值上，通過(guò)B + 樹(shù)來(lái)索引[2]。列出所有的用戶，按先后順序把取K個(gè)用戶作為一組，每個(gè)用戶最終的匿名空間，就是包含該用戶的組內(nèi)的所有成員。

2.3 連續(xù)查詢匿名算法

在查詢位置的過(guò)程中用戶的位置通常是連續(xù)的運(yùn)動(dòng)軌跡，這種情況下，攻擊者采用足夠多次位置查詢請(qǐng)求就可以獲得用戶的真實(shí)位置[3]。針對(duì)這種攻擊類型，提出了一種新的匿名算法——連續(xù)查詢匿名算法。這種算法的思想是：在歷史軌跡的數(shù)據(jù)庫(kù)中通過(guò)用戶的最新移動(dòng)位置添加新的運(yùn)動(dòng)軌跡，當(dāng)用戶進(jìn)行匿名查詢時(shí)，不但要返回其他k-1個(gè)用戶的位置，還需要在軌跡數(shù)據(jù)庫(kù)中搜索具有相似路徑的k-1個(gè)用戶，并對(duì)這k-1個(gè)用戶進(jìn)行處理，使其軌跡與當(dāng)前查詢用戶的軌跡相似。

2.4 各算法的比較

對(duì)K匿名算法進(jìn)行分析，得到間隔匿名算法、Hilbert匿名算法和連續(xù)查詢匿名三種算法比較如表1。

表1 位置隱私保護(hù)技術(shù)方法比較

連續(xù)查詢匿名插值處理 集中式高；基于用戶歷史軌跡分析添加假軌跡良好，運(yùn)行效率和服務(wù)質(zhì)量都有提高防止連續(xù)查詢攻擊擬合運(yùn)動(dòng)軌跡時(shí)出現(xiàn)查詢節(jié)點(diǎn)缺席情況

3 結(jié)論

本文在大數(shù)據(jù)背景下，研究了位置隱私保護(hù)技術(shù) K匿名算法，并對(duì)目前比較流行三種算法進(jìn)行分析和比較。