一种基于好友转发的车载社交网络的位置隐私保护方法

摘要

本发明公开了一种基于好友转发的车载社交网络的位置隐私保护方法。在该方法中，移动用户向位置服务所递交的位置查询请求消息，通过好友转发才能到达位置服务器，并获得位置服务器所反馈的查询信息，保护了该移动用户的位置隐私，提高了请求消息到达服务器成功率的车载社交网络的位置隐私保护方法。本发明具有如下有益效果：(1)本发明所采用好友转发机制能够阻止恶意攻击者发起共谋攻击，提高移动用户的位置隐私保护强度；(2)本发明的移动用户的消息到达成功率可维持在0.9以上，能够满足用户对该位置服务业务的需求。

说明书

技术领域

本发明涉及无线网络通信技术领域，尤其涉及一种基于好友转发的车载社交网络的位置隐私保护方法。

背景技术

车载社交网络(Vehicular Social Network,VSN)是由乘客、司机通过DSRC协议或者4G/5G技术相互通信构成的一种结构开放的社交网络。位置服务(Location BasedServices,LBS)是由VSN和卫星定位系统结合在一起所提供的一种增值业务，通过一组定位技术获得用户的位置信息，提供给乘客/司机和位置服务器，实现各种与位置相关的业务。然而，位置服务被寄予最具有增值潜力业务的同时，也给人们带来极大的隐私威胁。攻击者可以在未经授权的情况下，通过窃听位置信息等方式跟踪用户的运动轨迹，访问到位置服务器中用户的原始位置数据，并计算推理得知他人与位置信息相关的隐私信息。如果这些隐私威胁得不到解决，那么LBS业务将直接受到影响，甚至根本不能被相关人员所接受并使用。

与传统网络相比，VSN下的LBS涉及到乘客、司机等，其移动轨迹受路网限制，从而导致用户所发送的位置查询请求消息无法到达位置服务器；其次这些用户大多不认识，彼此之间缺乏信任，社交关系较弱，导致用户所发送的位置查询请求消息被陌生人或者攻击者所获知。因此，VSN下的位置隐私保护问题是迫切需要解决的关键性问题。

已有的位置服务隐私保护方法大部分采用K-匿名机制，其主要思想是借助于匿名服务器对该用户位置和其它K-1个用户位置匿名处理，从而隐藏用户的真实位置。这些方法只考虑VSN下的所有用户是可信任的，不存在恶意攻击者。Ye等人利用可信任用户协助转发位置查询请求消息的点对点的社交网络下位置隐私保护方法，然而该方法的请求消息达到位置服务器的成功率较低。Zhang等人利用可信任第三方采用安全多点计算方法隐藏用户位置信息的方法。然而在大规模网络下可信任第三方很容易成为网络瓶颈或者攻击者的目标；此外，攻击者通过跟踪和分析位置服务器和可信任第三方的消息，可推测出用户的位置信息。Zakhary等人结合K-匿名机制，用户所发送的位置信息首先经过K-1个好友转发，从而隐藏该用户的位置信息的方法。然而，该方法需要K-1个好友的移动轨迹在时空上是异步的，这在VSN下的用户很难实现；其次，该方法的请求消息到达位置服务器的成功率较低。

综上所述，上述所有的位置隐私保护方法存在如下问题：

(1)无法直接运用在VSN中。由于用户移动轨迹受道路限制，这导致请求消息不一定能够到达位置服务器，这使得LBS业务失败。

(2)没有考虑VSN下用户的可信度。如果恶意攻击者结合位置服务器的查询信息，发起共谋攻击，很容易获得用户的位置隐私。

中国专利授权公开号：CN103338436B，授权公开日2015年12月23日，公开了一种车载自组织网络的车辆伪名更改方法，该方法在用户进入动态混合区域后，持续对心跳报文加密一段时间，并且广播加密后的心跳报文，且动态混合区域的大小是随着用户的行驶而变化，从而避免用户的旧伪名到期却还在静态混合区域外而引起的位置隐私泄漏问题的产生。不足之处是，该发明功能单一，没有考虑用户的不可信任所引起的位置隐私泄露问题。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明旨在提供一种移动用户向位置服务所递交的位置查询请求消息，该消息通过好友转发才能到达位置服务器，并获得位置服务器所反馈的查询信息，保护了该移动用户的位置隐私，并提高了请求消息到达服务器成功率的车载社交网络的位置隐私保护方法。

本发明具体采用的技术方案如下：

基于好友转发的车载社交网络的位置隐私保护方法，其具体为：车辆上的乘客或司机为车载社交网络的移动用户，所述移动用户携带移动终端，且移动终端包括收发模块、微处理器、存储器和GPS定位模块；所述移动终端的存储器模块拥有社交列表、邻居列表和通信区域；所述社交列表上存储移动用户的好友名单、好友信任值和好友位置信息；所述邻居列表是移动用户的物理邻居用户名单和位置信息；所述通信区域是指以移动用户为中心，通信半径为预设值的圆所覆盖的区域；所述移动用户之间以及移动用户与位置服务器通过无线方式相连接；所述的位置服务器的信息攻击者可能获得；

所述位置隐私保护方法包括如下步骤：

S1：移动用户的微处理器根据转发者选择原则设定下一跳转发者，产生一个指定格式的请求消息，所述请求消息的格式如下：“mid”是消息序列；“pfid”是当前发送者标识符；“pdid”是下一跳转发者标识符；“did”是位置服务器标识符；“Cregion”是混合区域，其字段格式为{1:l_o,2:l₁,3:l₂,...j:l_j,...,K-1:l_K-1}或者是匿名区域，其中l_o是移动用户的位置，l_j是用户j的位置，j∈[1,K-1]；匿名区域则通过凸包算法获得；“Kth”是隐私阈值；“data”是请求查询内容；“T”是时间戳；把当前发送者标识符写入字段“mid”和“pfid”，把下一跳转发者的标识符写入“pdid”，设置“Cregion”字段，设置“Kth”为1，设置“T”为当前时间，发送给下一跳转发者；

上述所说的转发者选择原则如下：如果移动用户的社交列表上有若干用户，则选择离位置服务器最近的一个用户作为下一跳转发者，否则在移动用户的邻居列表上选择离位置服务器最近的一个用户作为下一跳转发者；

“Cregion”字段的设置包含以下步骤：

1)如果下一跳转发者在移动用户的社交列表，则寻找离移动用户最近的K-1个好友，其中好友的位置信息从社交列表获知，然后把K-1个位置信息写入“Cregion”字段；

2)如果下一跳转发者不在移动用户的社交列表，则根据凸包算法获得匿名区域，并把匿名区域写入“Cregion”字段值；

S2：下一跳转发者收到该请求消息后，查看“Cregion”字段值，如果该字段值为匿名区域，则执行S21，否则，执行S22：

S21：记录请求消息字段“mid”和“pfid”值，寻找离位置服务器最近的物理邻居节点作为下一跳转发，修改“pfid”为当前转发者的标识符，修改“pdid”为下一跳转发者的标识符，修改“T”值为当前时间；转发该请求消息给下一跳转发者；

S22：记录请求消息字段“mid”和“pfid”值，根据上述转发者选择原则设定下一跳转发者，修改“pfid”为本身的标识符，修改“pdid”为下一跳转发者的标识符，修改“Cregion”字段值，修改“T”值为当前时间；转发该请求消息给下一跳转发者；

S3：重复执行步骤S2，直到所述请求消息达到位置服务器；

S4：位置服务器根据该消息的内容做出响应，把响应消息沿着所存储的“pfid”信息，转发给上一跳用户；

S5：上一跳用户根据存储的“pfid”信息转发，直到移动用户收到该响应消息。

与(张少波,M.Bhuiyan,刘琴等.移动社交网络中基于代理转发机制的轨迹隐私保护方法.电子与信息学报[J],2016,Vol.38(9),pp.2158-2164)中提出的方法相比，本发明利用好友转发消息隐藏了移动用户的标识符和位置信息，从而避免恶意攻击者发起共谋攻击。与现有技术中提出的位置隐私保护方法相比，本发明通过好友转发位置查询请求消息可提高消息到达成功率，从而使得车载社交网络的LBS业务能够被广泛使用。本发明具有所设定的代理者能够保护移动用户的位置隐私和身份隐私，可以阻止恶意攻击者所发起的共谋攻击；可以提高移动用户的消息到达成功率；可以应用于车载社交网络的位置服务。

作为优选，所述好友，其信任值应该大于信任阈值Th_full。

作为优选，Th_full优选为0.6～1。

作为优选，所述请求消息中，“mid”段长度为8bit，“pfid”是当前发送者标识符，段长度为8bit，“pdid”字段长度为8bit，“did”字段长度为8bit，“Cregion”字段长度16bit，“Kth”字段长度为4bit，“data”字段长度可变，“T”字段长度为8作为优选，所述的根据凸包算法获得匿名区域，并把匿名区域写入“Cregion”字段值具体如下：

21)输入K个用户的位置{l_o,l₁,l₂,...,l_K-1}；

22)选择最小横坐标的点记为凸包点p_o；

23)建立一条直线s，该直线通过点p_o，且与y轴平行；

23)寻找直线s与的最小夹角，i＝0,1,2…K-1，将具有最小夹角的点l_i记为凸包点p₁；

24)设置e＝0，寻找和的最大夹角，i＝0,1，2…K-1，将具有最大夹角的点l_i记为凸包点p_e+2；

25)设置e＝e+1并重复步骤24)逐步确定下一个凸包点，直到凸包点p_e+2与第一个凸包点p_o重合；

26)输出匿名区域{p_o,p₁,...,p_e+1}写入“Cregion”字段。

作为优选，所述K取值为2～12。

作为优选，所述的查询内容包括餐馆、医院、加油站、车站、旅馆或学校。

因此，本发明具有如下有益效果：(1)本发明所采用的代理者能够阻止恶意攻击者发起共谋攻击，提高移动用户的位置隐私保护强度；(2)本发明的移动用户的消息到达成功率可维持在0.9以上，能够满足用户对该位置服务业务的需求。

附图说明

图1是请求消息格式图；

图2是本发明的一种流程图；

图3是本发明的消息到达成功率与K值之间的一种关系图；

图4是本发明的消息到达成功率与信任阈值之间的一种关系图；

图5是本发明的隐私信息熵与K值之间的一种关系图；

图6是本发明的隐私信息熵与信任阈值之间的一种关系图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步阐述。

本实施例中，展示了一种基于好友转发的车载社交网络的位置隐私保护方法。在该方法中，车辆上的乘客或司机为车载社交网络的移动用户，所述移动用户携带移动终端，且移动终端包括收发模块、微处理器、存储器和GPS定位模块；所述移动终端的存储器模块拥有社交列表、邻居列表和通信区域；所述社交列表上存储移动用户的好友名单、好友信任值和好友位置信息；所述邻居列表是移动用户的物理邻居用户名单和位置信息；所述通信区域是指以移动用户为中心，通信半径为预设值的圆所覆盖的区域；所述移动用户之间以及移动用户与位置服务器通过无线方式相连接；所述的位置服务器的信息攻击者可能获得。本实施例中好友的信任值应该大于信任阈值Th_full，Th_full优选为0.6～1。

本发明的位置隐私保护方法包括如下步骤：

S1：移动用户携带的移动终端的微处理器根据转发者选择原则设定下一跳转发者，产生一个指定格式的请求消息，所述请求消息的格式如下：“mid”是消息序列，字段长度为8bit；“pfid”是当前发送者标识符，字段长度为8bit；“pdid”是下一跳转发者标识符，字段长度为8bit；“did”是位置服务器标识符，字段长度为8bit；“Cregion”是混合区域，字段长度16bit，字段格式为{1:l_o,2:l₁,3:l₂,...j:l_j,...,K-1:l_K-1}或者是匿名区域，其中l_o是移动用户的位置，l_j是用户j的位置，j∈[1,K-1]；匿名区域则通过凸包算法获得，“Kth”是隐私阈值，字段长度为4bit；“data”是请求查询内容，字段长度可变；“T”是时间戳，字段长度为8bit。把当前发送者标识符写入字段“mid”和“pfid”，把下一跳转发者的标识符写入“pdid”，设置“Cregion”字段，设置“Kth”为1，设置“T”为当前时间，发送给下一跳转发者；

上述所说的转发者选择原则如下：如果移动用户的社交列表上有若干用户，则选择离位置服务器最近的一个用户作为下一跳转发者，否则在移动用户的邻居列表上选择离位置服务器最近的一个用户作为下一跳转发者；

“Cregion”字段的设置包含以下步骤：

1)如果下一跳转发者在移动用户的社交列表，则寻找离移动用户最近的K-1个好友，其中好友的位置信息从社交列表获知，然后把K-1个位置信息写入“Cregion”字段；

2)如果下一跳转发者不在移动用户的社交列表，则根据凸包算法获得匿名区域，并把匿名区域写入“Cregion”字段值；

本实施例中，具体的凸包算法如下：

21)输入K个用户的位置{l_o,l₁,l₂,...,l_K-1}；K取值为2～12。

22)选择最小横坐标的点记为凸包点p_o；

23)建立一条直线s，该直线通过点p_o，且与y轴平行；

23)寻找直线s与的最小夹角，i＝0,1,2…K-1，将具有最小夹角的点l_i记为凸包点p₁；

24)设置e＝0，寻找和的最大夹角，i＝0,1，2…K-1，将具有最大夹角的点l_i记为凸包点p_e+2；

25)设置e＝e+1并重复步骤24)逐步确定下一个凸包点，直到凸包点p_e+2与第一个凸包点p_o重合；

26)输出匿名区域{p_o,p₁,...,p_e+1}写入“Cregion”字段。

S2：下一跳转发者收到该请求消息后，查看“Cregion”字段值，如果该字段值为匿名区域，则执行S21，否则，执行S22：

S21：记录请求消息字段“mid”和“pfid”值，寻找离位置服务器最近的物理邻居节点作为下一跳转发，修改“pfid”为当前转发者的标识符，修改“pdid”为下一跳转发者的标识符，修改“T”值为当前时间；转发该请求消息给下一跳转发者；

S22：记录请求消息字段“mid”和“pfid”值，根据上述转发者选择原则设定下一跳转发者，修改“pfid”为本身的标识符，修改“pdid”为下一跳转发者的标识符，修改“Cregion”字段值，修改“T”值为当前时间；转发该请求消息给下一跳转发者；

S3：重复执行步骤S2，直到所述请求消息达到位置服务器；

S4：位置服务器根据该消息的内容做出响应，把响应消息沿着所存储的“pfid”信息，转发给上一跳用户；

S5：上一跳用户根据存储的“pfid”信息转发，直到移动用户收到该响应消息。

本方法中，查询内容可包括餐馆、医院、加油站、车站、旅馆或学校等。

下面将上述方法应用于具体实施例中，以便本领域技术人员能够更好地理解本发明的效果。

实施例

下面基于上述方法进行仿真实验，本实施例的实现方法如前所述，不再详细阐述具体的步骤，下面仅针对仿真实验结果展示其效果。

仿真实验参数配置如下：实验中所涉及的公路根据VanetMobiSim平台产生用户的移动轨迹，其智能交通模型为polito.uomm.IDM_LC，地图大小为5Km*5Km，最大交通灯数目为20，最大移动用户数目为300，行驶速度范围为[0-40Km/h]，运行时间为100s，位置服务器在地图中心，通信半径为300m，用户的社交信任值随机产生，用户发送一个位置查询请求消息。实验中，实验中，分别对本发明和HSLP方法进行性能比较。其中HSLP是Zakhary等人提出的传统社交网络的位置隐私保护方法(S.Zakhary,M.Radenkovic,A.Benslimane.Thequest for location-privacy in opportunistic mobile social network.9thInternational Wireless Communications and Mobile Computing Conference[C],2013,pp.667-673)。

图3给出了消息到达成功率随K值之间的变化。实验参数为信任阈值Th_full＝0.6。

由图3可知：本发明的消息到达成功率大于HSLP方法，此外，随着K值增加，消息到达成功率急剧下降到0.57，而本发明的消息到达成功率仍旧维持在0.89。其主要原因如下：HSLP中移动用户所发送的消息至少需要K跳好友转发才可能到达位置服务器，而在本发明中，消息可以被好友或者其他用户准发。

图4给出了消息到达成功率随信任阈值之间的变化。实验参数为K＝4。

由图4可知：随着信任阈值增加，本发明的消息到达成功率可达到0.94，而HSLP中消息到达成功率却随之而下降到0.68。其原因如下：随着信任阈值增加，导致移动用户的好友数目下降，从而使得HSLP的消息到达成功率下降。

图5给出了隐私信息熵与K值之间的变化。实验参数为Th_full＝0.6。

由图5可知：HSLP的隐私信息熵比本发明的隐私信息熵要低，其原因在于在HSLP方法中，隐私保护的程度取决于K值，即隐私信息熵＝log2K。由此可见，本发明的位置隐私保护强度要高于HSLP。

图6给出了隐私信息熵与信任阈值之间的变化。实验参数为K＝4。

由图6可知：HSLP的隐私信息熵保持在2，而本发明的隐私信息熵随着信任阈值增大而逐渐增加，其原因在于信任阈值的增大使得移动用户的好友也随之增多，从而导致匿名区域上的移动用户数目也增多，从而加强了位置隐私保护强度。

综上所述，本发明有如下特点：

(1)与Zhang方法相比，本发明利用移动用户的好友转发消息，从而隐藏了移动用户的标识符和位置信息，避免恶意攻击者发起共谋攻击。

(2)与Ye(L.Ye,"Mp2p based on social model to serve for LBS,"International Conference on E-Business and E-Government,pp.1679-1682,2010)、Zakhary等提出的位置隐私保护方法相比，本发明避免了连续K跳好友转发的限制条件，可提高消息到达成功率，从而使得车载社交网络的LBS业务能够被广泛使用。

(3)由图5和图6可知，本发明能够增强位置隐私保护能力，提高车载社交网络的位置服务隐私安全。

应理解，本实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。