基于交替方向乘子法的大數據隱私保護方法

于景茹

（鄭州大學體育學院 體育教育系，河南 鄭州450044）

大數據是描述人們在更新網絡搜索和索引過程中，需要進行批量處理或分析的大量數據的集合。針對大量動態數據的定向管理而保證用戶的隱私安全，是當前最為嚴重的社會問題。目前利用傳統的大數據隱私保護方法，已經很難保證用戶使用數據的絕對安全性[1]。因此，本文將高等數學中交替方向乘子法，應用于大數據隱私保護中，來切實有效的提高用戶的數據安全性。交替方向乘子法是現代高等數學中一種針對龐大數據進行優化和分類的方法。由于其具有操作簡單、容易理解并且工作效率高等特點，所以被廣泛應用于大數據處理工作中，尤其在針對大數據的保護環節中。

1 基于交替方向乘子法大數據隱私保護方法

1.1 建立大數據隱私保護框架。想要提高大數據隱私保護的成功率，第一步就是建立大數據隱私保護的基本框架。建立框架的首要工作就是清楚大數據隱私保護過程中的大數據基本組成成分[2]。大數據的基本組成成分包括即數據采集、數據計算、數據整合、數據存儲、數據分析等五個基本模塊；清楚這些模塊，就等于清楚了需要數據保護的工作任務，即大數據在整條工作鏈上的全部隱私保護工作。其次則為基于交替方向乘子法針對隱私保護的全部工作內容，其中包括了主要工作內容為分類大數據資源和繪制隱私保護處理網格。

1.2 分類大數據資源。采用有中交替方向乘子法對大數據進行分步處理數據的過程中，首先找出大數據中的客戶發射中心，并以此作為數據處理的核心環節。利用交替方向乘子法，將中心節點以函數的形式表達出來，并通過對比其它數據于中心節點之間函數至的大小關系，將數據以函數節點為界限，分為兩大類進行處理，其中用到的交替方向乘子法公式如下所示：

式中：x0為中心節點所在數據中的編號；g（x0）為中心節點數據數對應的函數值；A、B 為數據與函數值之間對應的特定常數；x 為數據的特定編號；f1（x）為小于中心節點的函數值；f2（x）為大于中心節點的函數值。將數據信息進行分類處理后，以中心節點為起點，對全網內所有數據信息進行融合式信的數據調度行為。在數據調度過程中，針對中心分布式數據處理方式，網絡中所有節點具有相同地位，超過中心節點的數據歸為一類由協調全網處理，信息只在鄰近節點間相互傳遞。為超過中心節點函數值的數據需要中心節點去統籌全局數據并進行集中式優化[3]。關于是否超過中心節點函數值的問題，在分類大數據資源中網絡中每個數據僅跟其鄰近節點進行有限的數據兌換，能利用本地數據實現自主的分布式優化。當網絡規模與數據量增大時，有中心分布式算法需要大量本地數據傳遞至中心節點，通信負擔重，且易受節點損壞與鏈路中斷等異常情況的影響；而無中心分布式算法則無需全局數據的定向傳遞，僅由鄰居節點交換有限的信息以協調優化進程，通信負擔低，魯棒性強；并且從網絡拓撲的觀點去考察這兩種分布式算法，可以發現有中心分布式算法基于的星型拓撲其實可以看成是無中心分布式算法基于的隨機拓撲的一個特例。因此，為了成功使用交替方向乘子法實現針對大數據隱私的保護作用，就必須以中心節點為界限對數據資源進行分類。

1.3 繪制隱私保護處理網格。將大數據資源進行了系統的分類之后，就到了最核心的隱私保護大數據資源的環節。針對數據特征指定其特有的隱私保護函數。在構建函數的過程中數據的處理速度和處理大小是根據其性質所決定的。因此，基于交替方向乘子法采用了建立函數的方法來實現針對數據流聚類的隱私保護。該方法利用以傳統的平面X&Y 直角坐標系為底板，將數據所對應的函數值均表示在所構建的直角坐標系中，并通過繪制存儲網格的方法，來針對每個數據施行隱私保護。

根據中心節點的特征分為三個區域分別為：中心節點內部單元格區域；中心節點邊緣區域和中心節點外圍區域。圖中網格的縱坐標為r0、r1和r2。以此來收集大數據，并進行針對性處理。其中落于r1到r2階段的數據為函數值小于中心節點的數據類型，而落于r0到r1階段的數據為函數值大于中心節點的數據類型。以這些特定網格為基本處理單位，將數據進行隱藏處理。將隱匿空間生成時間以及每個服務需求來完成針對其數據內容的隱私保護工作。

2 對比實驗

2.1 實驗準備。本實驗采用為某地的一個公共廣場作為實驗基地，通過電子計算機技術來生成的實驗需要的模擬大數據基地，之后將該基地分為四個實驗場景，實驗場景的具體特征如表1 所示。

根據上表可知，從場景1 到場景4，用戶的數據總數從4000增長到5500。因為要模擬日常用戶生活或者辦公時的要求，所以針對實驗場景設備處理的點對點處理速率為每條數據在150毫秒中左右。為了實驗過程中便于操作，將大數據中的資源分類為若干個信息量為128 字節的小型數據庫。實驗過程中，采用基于交替方向乘子法的大數據隱私保護方法與傳統的隱私方法同時對四個實驗基地的數據進行隱私保護處理，兩種方法的可允許位置信息最長的操作時間均為10 秒，最長等待時間均為8 秒；最終得到兩種不同的數據隱藏處理結果。通過對比兩種方法處理下數據隱藏的成功率，來判定基于交替方向乘子法的大數據隱私保護方法的實用價值。

表1 為四個實驗場景數據信息說明

2.2 結果討論。圖1 為兩種處理方法得到的不同成功率對比結果。

圖1 為兩種隱私保護方法成功率對比圖

根據圖1 可知，基于交替方向乘子法的大數據隱私保護方法在四個特定的實驗場景中，其針對隱私保護的處理成功率平均值達到了84%，而傳統隱私保護方法的成功率僅達到了78%，因此證明了基于交替方向乘子法的大數據隱私保護方法的實用價值。

3 結論

現代大數據技術已經在人民群眾中已經達到了普及階段，因此針對大數據的隱私保護是當下一個相當嚴峻的工作。基于交替方向乘子法的應用，可以大大提高隱私保護的工作效率。但目前，我國在大數據隱私保護技術還不成熟，并且針對隱私保護的法律法規也不夠健全。為了保證如今大數據的穩定發展，需要當代的研究人員和學者不斷的探索和努力，保證廣大人民群眾的最根本利益。