收稿日期:20190304; 修回日期:20190601 基金项目:国家自然科学基金资助项目 (61862011);广西自然科学基 金资助 项目
(2018GXNSFAA294036,2018GXNSFAA138116);广西密码学与信息安全重点实验室项目(GCIS201705,GCIS201623);广西高校云计算与复杂系统
重点实验室项目(YF16205);广西研究生教育创新计划资助项目(YCSW2018138,2017YJCX26)
作者简介:张润莲(1974),女,山西介休人,副教授,博士,主要研究方向为分布式计算、信息安全(zhangrl@guet.edu.cn);赵新红(1993),女,
河南周口人,硕士研究生,主要研究方向为隐私保护;武小年(1972),男,湖北监利人,副教授,硕士,主要研究方向为信息安全与分布式计算.
基于位置语义的增量近邻隐私保护研究
张润莲
1,2
,赵新红
2
,武小年
1
(1.桂林电子科技大学 广西密码学与信息安全重点实验室,广西 桂林 541004;2.广西高校云计算与复杂系统
重点实验室,广西 桂林 541004)
摘 要:针对 LBS查询服务中构造的匿名区或选取的锚点仍位于敏感区域而导致的位置隐私泄露问题,提出一
种基于位置语义的增量近邻隐私保护方法。该方法在客户端
/服务器体系架构下,先根据用户的位置隐私需求
计算语义安全匿名区,保护用户位置隐私;再筛选语义安全匿名区中道路交叉点作为语义安全锚点,保证了选取
锚点是真实存在的,且其语义安全性达到最大;最终客户端以锚点位置请求服务并获取查询结果。实验结果表
明,该方法能够较好地保护用户位置的隐私,且查询准确率较高约 90%,查询时间较低约 60ms。
关键词:基于位置的服务;语义安全匿名区;锚点;增量近邻查询
中图分类号:TP3092 文献标志码:A 文章编号:10013695(2020)08046246004
doi:10.19734/j.issn.10013695.2019.03.0072
Researchonincrementalnearestneighborqueryprivacy
protectionbasedonlocationsemantics
ZhangRunlian
1,2
,ZhaoXinhong
2
,WuXiaonian
1
(1.GuangxiKeyLaboratoryofCryptography&InformationSecurity,GuilinUniversityofElectronicTechnology,GuilinGuangxi541004,Chi
na;2.GuangxiCollegesKeyLaboratoryofCloudComputing&ComplexSystems,GuilinGuangxi541004,China)
Abstract:AimingattheproblemoflocationprivacyleakagecausedbytheanonymousareaconstructedintheLBSqueryser
viceortheselectedanchorpointstilllocatedinthesensitivearea
,thispaperproposedanincrementalnearestneighborquery
privacyprotectionmethodbasedonlocationsemantics.Intheclient/serverarchitecture,firstly,themethodcalculatedthese
manticsecurityanonymousareaaccordingtotheuser’slocationprivacyrequirement,whichprotectedtheuser’slocationpri
vacy.Then
,itfilteredthesemanticsecurityanchorfromtheroadintersectioninthesemanticsecurityanonymousareaasto
ensurethesemanticsecuritywasmaximized,andthepositionoftheanchorwasreal;thentheclientrequestedtheservice
accordingtotheanchor’slocationandgotthequeryresults.Theexperimentalresultsshowthatthemethodcanbetterprotect
theprivacyofuser’slocation,andthequeryaccuracyisabout90% andthequerytimeisabout60ms.
Keywords:locationbasedservices;semanticsecurityanonymouszone;anchorpoint;incrementalnearestneighborquery
0 引言
LBS(locationbasedservices)是移动应用中最为重要的服
务之一,这些应用有导航(如 Googlemap)、兴趣点查询(如大
众点评)、签到(如 Gowalla)等。在提供位置服务过程中,存在
不良服务提供商泄露用户位置信息或位置信息在传输过程中
被窃取等问题,导致用户身份和位置泄露,从而给用户带来困
扰甚至极大威胁。因此加强位置隐私保护已成为热点
[1]
。
目前,人们大多采用
k匿名和假位置实现对 LBS的位置
隐私保护。2003年,Gruteser等人
[2]
首次提出位置 k匿名模
型,该模型使攻击者无法将用户的位置与其他至少 k-1个用
户区分开,增加攻击者锁定用户准确位置的难度。Gedik等
人
[3]
提出矩形匿名区 cliquecloak,生成以用户位置为中心的
矩形框,允许不同用户有不同的 k匿名需求,但计算开销较大,
只适合 k值较小的情况。Chow等人
[4]
提出的无中心服务器的
P2P用户协作匿名方式,首次实现了匿名区和 k匿名的分离。
梁慧超等人
[5]
查找 k-1个维诺图,这些维诺图与用户所在维
诺图查询频率相同且位置是分散的,根据用户的相对位置在这
些维诺图上生成假位置,克服了传统
k匿名不能抵御推断攻击
的缺陷。
假位置包含虚拟位置技术和锚节点技术。Yiu等人
[6]
提
出了以锚点代替客户端运行的
SpaceTwist查询算法,摆脱了第
三方服务器结构,但是锚点随机选取,查询成功率不高。刘振
鹏等人
[7]
根据自身隐私偏好结合实际环境生成 k匿名区,并
使用锚点优选算法生成锚点。王鹏飞等人
[8]
结合路网人口密
度,在 P2P近邻列表中随机选择一个作为锚点,解决单点脆弱
性问题。
上述方法在构造匿名区或选取锚点时大多未考虑匿名区
中位置的语义信息。若攻击者获得了更多与匿名空间相关的
背景知识,尤其是与位置相关的语义信息时,当这些语义位置
对用户是敏感的,就会严重降低匿名效果。针对 LBS查询服
务中构造的匿名区或选取的锚点仍位于敏感区域而导致的位
置隐私泄露问题,提出一种基于位置语义的增量近邻隐私保护
方法。该方法基于客户端
/服务器架构,结合路网位置语义信
息,根据用户的位置隐私需求计算语义安全匿名区。再筛选语
义安全匿名区中道路交叉点作为语义安全锚点,利用道路交叉
点语义敏感度几乎为零且真实存在的特性,保证选取锚点的语
第 37卷第 8期
2020年 8月
计 算 机 应 用 研 究
ApplicationResearchofComputers
Vol.37No.8
Aug.2020