一种基于增量近邻查询的位置隐私保护方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种移动终端在基于位置的服务中的隐私保护方法，具体是一种通过 增量近邻查询使攻击者无法推断出用户准确位置以保护位置隐私的方法。
【背景技术】
[0002] 近年来，随着智能移动终端的快速普及，无线通信技术的不断发展，基于位置的服 务（LocationBasedService,LBS)渗透到人们生活的方方面面。LBS是指移动终端利用各 种定位技术获得自己当前的位置，并提出与用户位置有关的服务。这种服务给人们的生活 带来了极大的方便，潜移默化地改变了人们的生活方式。随着LBS的快速发展，位置隐私问 题日益受到人们的关注。例如当用户享受最近邻查询"离我最近的医院在哪里"，最短路径 查询"XX餐厅的最近路径"等服务的过程中，攻击者通过截获用户的查询信息，能够推测出 用户的个人信息、位置信息等。这对用户个人的隐私造成了巨大威胁，因而位置隐私保护问 题亟待解决。
[0003] 用于位置隐私保护的系统结构可以分为客户端服务器结构、中心服务器结构、移 动P2P结构等。其中，1)采用客户端服务器结构的方法有基于k匿名的假名，用户向位置 服务器发送k个位置信息，包括用户的真实位置和k-Ι个假位置，使得位置服务器无法分辨 出用户的真实位置。用户还可以构造出包括用户位置的匿名区，位置服务器根据用户提交 的匿名区无法定位用户所在的准确位置。客户端服务器结构易于实现，但是移动终端必须 具备强大的计算能力和存储能力，而且只利用自身的知识进行匿名，无法利用周边环境中 其它用户的位置信息，所以不仅容易受到攻击者的攻击，而且会造成可共享资源的浪费。2) 研究者基于中心服务器结构提出了位置k匿名技术，即当用户提出位置服务的需求时，不 是直接发送包括自身确切位置的单个LBS请求到位置服务器，而是采用了匿名服务器，该 匿名服务器收集k个相邻用户的请求并构造匿名区发送给位置服务器。由于匿名服务器需 不断进行匿名处理以及查询结果求精，其负担过大，而且当匿名服务器被攻击者控制或者 攻击的时候，会给整个系统带来严重的隐私泄露问题。3)移动P2P结构不需要固定基础设 施，用户提出服务请求时，通过多跳路由随机选定一个对等点作代理，然后该对等点把用户 的服务请求发送给服务器，服务器返回查询结果集给该对等点，该对等点最后把查询结果 返回给查询用户。该体系结构适用于无固定基础设施的移动网络中，但其假定了每个对等 点都是可信任的，当对等点中存在攻击者时，用户的位置隐私保护就难以保证。
[0004] 因此现有的技术和方案己经难以满足用户的要求，研究在合适的系统结构下的有 效位置隐私保护方法成为一个日益迫切的问题。
【发明内容】
[0005] 本发明针对【背景技术】中存在的既无法保证为自己提供P2P服务的对等移动用户 是可信的，又无法保证为我们提供查询服务的位置服务器是可信的，所以本发明的目的在 于提供一种隐私保护方法可以在非可信的系统结构中提供相对安全的隐私保护。
[0006] 实现本发明目的的技术方案为：一种基于增量近邻查询的的位置隐私保护方法， 该方法包括以下步骤： 本发明所述的一种基于增量近邻查询的位置隐私保护方法，其使用P2P系统结构，查 询用户委托代理用户完成查询请求，并且考虑了路网环境对查询结果的影响。本发明提出 的方法与现有的基于增量近邻查询的方法SpaceTwist相比具有以下优点： 1)查询用户以匿名区代替真实位置向代理用户发起查询请求。移动P2P结构不能保证 每个对等点是可信的，用户发起查询请求时要将请求发送给代理用户，为了防止不可信的 代理用户带来的隐私威胁，用户在寻求代理用户前首先要构造匿名区，以匿名区代替真实 位置来保证位置隐私需求，而且查询用户在构造匿名区时考虑了路网密度因素。
[0007] 2)通过估算每个匿名区的兴趣点来确定查询点位置。代理用户向位置服务器发起 以查询点为中心的增量近邻查询，在SpaceTwist方案中，查询点是随机选择的，这样会带 来查询通讯开销和查询结果集不可控制的问题，本文考虑了路网密度对查询结果的影响， 通过估算路网密度确定增量近邻查询的查询点。
[0008] 3)增量近邻查询可以覆盖查询用户期望的k近邻结果范围。确定了查询点之后， 代理用户向位置服务器提出增量近邻查询，本文对SpaceTwist方案中的增量近邻查询进 行了改进，改变了需求空间的定义和查询结束的条件，使查询范围可以覆盖查询用户期望 的k近邻结果范围。
【附图说明】
[0009] 图1是本发明的系统结构图。
[0010] 图2是本发明的二维空间十字分割图。
[0011] 图3是本发明的增量近邻查询临界情况图。
【具体实施方式】
[0012] 下面结合附图对本发明作进一步地说明。
[0013] 如图1所示，本发明所述的一种基于增量近邻查询的位置隐私保护方法，其系统 结构由移动用户、基站和位置服务器组成。每个移动终端具备基本的定位功能，且不仅能够 通过移动基站与位置服务器进行通信，还能与其他用户进行P2P通信，其中发起查询请求 的是查询用户（记为_.)，接收查询用户请求并与位置服务器进行增量近邻查询的是代理用 户（记为權）。位置服务器提供基于位置的近邻查询、范围查询等服务。
[0014] 具体地，本发明所述的基于增量近邻查询的位置隐私保护方法，其主要分为三个 主要步骤： 步骤一：匿名区构造 P2P网络不能保证代理用户_的可信度，所以在查询用户_发出LBS查询时，向代理用 户提出的查询请求不能包含用户的准确位置。本发明提出的匿名区构造方法参考了路网 密度，因为路网密度和人口密度有正相关关系，路网密集的地方人口密度也相应较大。
[0015] 1、定义查询请求_，查询用户觀以_: 起查询请求，其中表示用户标识符,=:_:_|表示查询用户_的匿名区的圆心点经纬度 坐标；I表示匿名区半径；_表示查询用户估算出的增量近邻查询的查询点；表示查 询用户_的查询请求内容； 2、 定义代理请求，代理用户以_ 的形式向位置服务器发出代理查 询请求，其中表示代理用户的标识符；S表示从查询请求&·中获得的增量近邻查询的 查询点；_#表示从查询请求中获得的查询用户1?的查询请求内容； 3、 定义路网粒度，设_为平面空间区域中的任意一个子空间区域4为的周长4为 _内道路总长度，则定义I= %_为_的路网粒度； 为了容易实施且不失一般性，我们把位置服务器负责的二维空间视为一个正方形G，然 后进行十字递归分割G，直到分割成的正方形空间的i不大于一个给定值，如图2所示。查 询用户向位置服务器发出LBS请求前先从位置服务器获得对G的分割结果。
[0016] 为了减小查询用户与位置服务器的通信开销，我们使用四叉树结构来存储这些 基本单元空间，四叉树中每个节点对应一块分割区域，且每个节点的数据域中存储区域中 心点坐标、区域边长、区域内道路长度等信息，区域中心点坐标、区域边长用于确定对应的 分割区域，区域内道路长度用于估算查询点。四叉树结构中叶节点对应基本单元空间，非叶 节点对应需要继续分割的区域。查询用户_得到分割结果后递归搜索该四叉树，找到自己 所在的单元空间，并将该单元空间的外接圆区域作为查询用户的匿名区。
[0017] 步骤二：查询点估算 本发明提出的增量近邻查询要求查询结果集维持在一个相对稳定的规模，使得通讯开 销可控的同时保证返回的结果集满足查询用户的要求。查询点估算方法为