基于SpaceTwist的位置隐私保护方法研究

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中文摘要：近年来，空间定位技术与移动通信技术迎来了快速的发展，促进了许多提供基于位置服务(location-basedservice，LBS)的应用的出现。然而，有许多研究表明，LBS服务可能会暴露用户的隐私信息，攻击者可以通过用户的位置信息实现对其敏感隐私信息的推断。针对LBS服务中的安全问题，人们开展了广泛的研究工作，其中常见的位置隐私保护技术包括基于加密的技术、基于虚假位置的技术、基于匿名区域的技术以及基于用户协作的技术。基于加密的技术安全性最高，但现实可行性差。基于虚假位置的技术实现简单，但安全性无法得到保证。基于匿名区域的技术以及基于用户协作的技术都能保证一定安全性，但基于匿名区域的技术往往需要引入可信第三方，基于用户协作的技术中服务质量受用户分布密度影响较大。为了解决位置隐私保护中的k近邻查询问题，SpaceTwist方案提出用户选择一个虚假位置作为锚点，然后通过增量近邻算法实现准确的k近邻查询，不暴露真实的位置信息。不过，SpaceTwist方案无法保证K匿名安全性，也没有解决其中锚点的选取问题。本文将结合上述位置隐私保护技术，对SpaceTwist方案进行分析与优化，主要的工作内容如下: 1.通过对SpaceTwist方案的主体算法，即增量近邻查询算法的讨论，分析SpaceTwist方案的安全性保护程度，给出了在特殊情况下用户可能位置所形成攻击区域Ω的表达式，以及一般情况下通用的攻击算法，并进一步指出增量近邻查询算法中各参数取值对SpaceTwist方案安全性的影响。 2.为优化POI查询效率，结合R树提出一种能实现高效查询的SpaceTwist方案，服务器将预构造R树对POI空间数据进行存储，在具体查询时，调用分支定界算法对R树进行深度优先遍历，就可完成k近邻结果的索引。本文在不同规模的合成数据集上进行了仿真实验，与基于普通索引方法的SpaceTwist方案相比，该方法具有更高的查询效率，查询响应时间更小，并且POI数据规模越大，其优势越明显。 3.针对SpaceTwist方案无法实现K匿名以及未解决锚点选取的问题，提出了一种名为轻量级K匿名INN算法(lightweightK-anonymityincrementalnearestneighbor，LKINN)的位置隐私保护方案，能够以较低的计算代价实现INN算法的K匿名化。LKINN基于混合式位置隐私保护架构，对系统中的所有成员都只做半可信的安全性假设。仿真实验结果表明，LKINN能够杜绝半可信用户对正常用户隐私的窃取，并且拥有更短的查询响应时间以及更低的通信成本。

作者：

陈赛特

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关键词：

基于位置服务位置隐私 K匿名 SpaceTwist 凸包锚点

授予学位：

硕士

学科专业：

网络空间安全

导师：

李卫海

学位年度：

2022

学位授予单位：

中国科学技术大学

语种：

中文

中图分类号：