面向非连续查询的位置隐私保护技术研究

• 作 者: 夏翔宇
• 机 构: 东南大学
• 出 处: 东南大学
• 发表日期: 2020年01期
• 关键词: 隐私保护

近年来，随着智能设备的普及，移动应用得到迅速的发展。这些应用往往依赖于基于位置的服务，通过使用用户的坐标位置或者语义/逻辑位置为用户提供个性化服务内容。基于位置服务的应用对用户位置信息的访问带来了严重的隐私隐患，为了使用户在获得基于位置服务的同时保障其隐私不受侵犯，研究者们针对位置隐私定义以及隐私与功能之间的最优化权衡展开了研究。
　　现有的隐私定义主要基于信息论和差分隐私这两个概念，且主要针对用户的坐标位置进行量化。然而，即使在仅考虑基于用户坐标位置的隐私保护方案中，不同的隐私定义仍然存在着不同的缺陷，无法准确有效地衡量隐私。此外，尽管研究者们针对基于语义和逻辑位置的隐私保护机制提供了隐私和服务质量计算标准，但该标准在衡量隐私和服务质量时仍然存在缺陷。本文在面向非连续查询的场景下对上述问题展开研究，主要工作包括：
　　针对仅考虑用户坐标位置场景下的位置隐私定义，本文通过分析提出，差分隐私其隐私定义过于严格，存在长尾现象，且不适用于位置服务场景。针对此问题，本文提出了一种改进差分隐私的隐私定义方式。在此基础上，通过用户与攻击者之间的博弈关系构建了最优化隐私保护机制并研究了其求解算法。最后，以多种现有隐私定义为标准，本文将所提出的机制与现有的最优化保护机制进行了对比实验，实验结果验证了本文提出的隐私定义的正确性以及最优化隐私保护机制的有效性。
　　针对基于逻辑或语义场景下隐私和服务质量标准存在缺陷的问题，本文提出了粒度与粒度无关性概念，并讨论了一个满足粒度无关性的充分条件。基于现有最优化机制，本文提出了一个满足粒度无关性的机制并研究了一种改进的加速机制，对上述机制分别进行了理论证明和实验验证。最后，基于自然语言处理（Natural Language Process，NLP），本文对现有位置应用进行了分类统计，验证了针对基于语义或逻辑场景下的隐私保护研究具有重要意义。
　　基于理论研究成果，本文对Android系统下用户定位方式进行了详细分析，并利用Xposed工具实现了一个基于Client/Server模式的位置隐私保护原型系统。Client端主要包含位置信息拦截模块与用户交互模块，Server 端主要包含隐私保护模块，Client 端与Server端合并实现了用户位置信息的实时防护。最后，基于现有的坐标和语义或逻辑位置应用，本文对原型系统进行了功能和性能测试，验证了原型系统对隐私保护的有效性以及实际部署的可行性。
　　综上所述，本论文针对现有位置隐私保护中基于坐标场景以及基于逻辑或语义场景下的现有隐私定义与保护机制的缺陷展开研究工作，分别研究了基于差分隐私的坐标位置隐私保护机制和基于粒度无关性的逻辑与语义位置隐私保护机制，最后基于 Android平台下的Xposed工具设计与实现了一个位置隐私保护原型系统。