CN101605107B - 一种消息混合匿名通信方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种能够适应消息流量环境变化并能满足用户个性化匿名需求的消息混合匿名通信方法及装置，该装置在传统的消息混合匿名通信装置中引入了流量环境感知器和用户匿名期望值提取模块，其中流量环境感知器用于获取消息流量环境特征值d_t，然后根据该消息流量环境特征值可以计算消息输出概率p(m_i)，当消息刷新时机到来时，以概率p(m_i)输出消息m_i，以概率1-p(m_i)保留消息不输出；其中，消息流量环境特征值d_t＝β·n_t+(1-β)·d_t-1，n_t为当前单位时间内到达的输入消息个数，β为平滑常数，d_t-1为上一单位时间的流量特征值；消息输出概率

用户匿名期望值提取模块用于在消息中提取用户设置的匿名期望值参数α，该参数表示消息输出概率随消息流量环境特征值变化而变化的幅度。

Description

一种消息混合匿名通信方法及装置

技术领域

本发明属于信息安全技术领域，尤其涉及一种网络通信过程中的匿名数据传输方法及装置。

背景技术

随着网络信息化水平在世界范围内的不断提高，信息的安全性与隐私性问题越来越得到人们的关注。网络环境下的隐私问题不仅仅包括个人信息内容的保护，还包括个人网络行为的私密性。其中，匿名性是很多在线网络应用的基本需求，然而目前的Internet网络协议并不提供对匿名的支持。因此，需要Internet通信过程中的匿名数据传输方法，保护网络用户隐私。

目前存在的匿名通信方法主要有如下几种：(1)、源重写方法；(2)、基于密码员进餐问题(DC Problem)的方法；(3)、基于广播或多播的方法；(4)消息混合匿名方法。其中，代理是互联网上应用广泛的源重写类匿名方法，但是其存在单点失效的问题，因此无法提供高强度的匿名保护。基于密码员进餐问题的方法由于需要理想安全的广播隧道而无法在Internet上得到实际实施。基于广播或多播的方法由于互联网上缺乏广播或多播的广泛支持而没有得到普遍应用。目前，实用匿名通信系统中应用最为广泛的就是消息混合匿名方法，又称为MIX方法，这种匿名方法从理论上提供了构建不可追踪的匿名数据传输系统的可能。

消息混合匿名方法针对输入的消息进行存储转发，其工作过程如图1所示：

步骤101、MIX服务器110接收一条输入消息；

步骤102、MIX服务器110删除重复消息；

步骤103、MIX服务器110将消息存储在内部缓冲区中；

步骤104、判断是否满足消息刷新条件，即判断消息刷新时机是否到来；

步骤105、消息刷新时机到来时，MIX服务器110选择待输出的消息；

其中，在选择待输出的消息时，可能选择内部缓冲区中的全部消息，也可能按照比例选择部分消息。

步骤106、重新排序、重新编码；

步骤107、输出消息。

由于消息被重新编码，因此攻击者无法通过内容来推断消息的对应关系。由于消息被重新排序后输出，因此攻击者无法通过消息到达顺序来推断消息的对应关系。

MIX服务器在存储转发过程中为了改变消息的顺序而采取的措施统称为MIX的消息刷新策略，主要包括在什么样的条件下选择哪些消息发送出去。MIX的消息刷新策略决定了MIX的安全性和效率。

目前的MIX消息刷新策略主要有阈值策略、定时策略、消息池策略、二项式策略等。阈值策略是指当MIX内部缓冲区中的消息个数到达阈值时将消息发送出去，定时策略是指按照指定时间间隔定时将MIX内部缓冲区中的消息发送出去。在不同的网络流量环境下，这些策略表现出匿名保护和效率各不相同。例如：阈值策略适用于单位时间内输入消息个数比较大且比较稳定的网络流量环境，而定时策略则在单位时间内输入消息个数不稳定的情况下仍然能够保证消息传输的时效性。

在实际的网络环境中，匿名通信网络的消息流量是不断变化的且不可预测的，现有的具有单一消息刷新策略的消息混合匿名机制因为无法适应消息流量环境的变化而无法达到最佳的匿名保护和效率。

此外，现有的消息刷新策略无法支持用户个性化的匿名需求。不同的用户使用匿名系统进行通信的目的是不同的。有的用户对匿名需求比较高，期望较高的匿名度，而有些用户对匿名的需求不是很高，则期望更高的消息传输效率。然而，目前的消息刷新策略，如阈值策略、定时策略、消息池策略、二项式策略等，并没有把用户的个性化匿名需求作为参数，因此无法灵活地支持有着不同匿名需求的用户。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种新的有效的网络通信过程中的匿名数据传输方法及装置。

为解决上述技术问题，本发明消息混合匿名通信方法包括如下步骤：

步骤1、去掉待匿名消息中的重复消息；

步骤2、存储所述待匿名的消息；

步骤3、消息刷新时机到来时，根据当前的消息流量环境特征确定所述存储消息中各个消息的输出概率，从而确定当前消息刷新时机所述存储消息中需要输出的消息；

步骤4、对步骤3确定的需要输出的消息进行重新编码和/或重排序，并输出。

进一步地，步骤3所述根据当前的消息流量环境特征确定所述存储消息中各个消息的输出概率，其方案包括：

步骤31、获取当前消息流量环境特征值d_t；

步骤32、根据所述流量环境特征值，计算当前消息输出概率p(m_i)；

步骤33、以概率p(m_i)作为所述存储消息中任一个消息m_i的输出概率，即以概率p(m_i)输出消息m_i，以概率1-p(m_i)保留消息不输出。

更进一步地，所述步骤31中，采用如下方法计算当前消息流量环境特征值d_t：

d_t＝β·n_t+(1-β)·d_t-1

其中，n_t为当前单位时间内到达MIX服务器的输入消息个数，β为平滑常数，其取值范围为[0，1]，d_t-1为上一单位时间的流量特征值；

更进一步地，所述步骤32中，采用如下方法计算当前消息输出概率p(m_i)： $p\left(m_i\right)=\frac{d_t^{\mathrm{\α}}}{1+d_t^{\mathrm{\α}}}$

其中α为常数，α＞0。

再进一步地，所述参数α为MIX服务器设定的系统参数。

由上述可知，流量特征值d_t体现了当前网络的流量环境，在消息流量大的时候，消息的输出概率p(m_i)也较大，消息输出较快，此时参与混合的消息较多，因此能够在保证匿名性的情况下自适应地提高效率；当消息流量较小时，相应地消息的输出概率p(m_i)也较小，消息输出较慢，有机会与更多的消息相混合以提高匿名性。如此，能够实现在网络流量环境发生变化时，消息匿名传输处理自动适应当前流量环境。

再进一步地，所述参数α由用户根据自己的需要设定，称为用户的匿名期望值，并且所述待匿名的消息中携带该用户匿名期望值，在对该消息进行匿名处理时该用户匿名期望值被解析出来。

这样，在计算消息的输出概率p(m_i)时，既考虑当前流量特征值d_t，又考虑用户的匿名期望值α。输出概率函数p(m_i)随当前的流量特征值d_t增加而单调递增，而用户匿名期望值则决定消息输出概率随消息流量特征值d_t增加而增长的速度。对消息m_i的匿名期望值参数α越大，消息输出概率随消息流量特征值d_t增加而增长的速度就越快。这样，对于同样的消息流量特征值d_t，用户输出概率会因为不用用户设置的匿名期望值参数α不同而不同，由此体现了用户的个性化匿名需求。

为解决上述技术问题，本发明消息混合匿名通信装置包括如下模块：

消息去重模块、消息存储模块、消息刷新时机确定模块、输出消息选择模块和重编码重排序模块。

其中，消息去重模块用于删除待匿名消息中的重复消息；

其中，消息存储模块用于存储经过去重模块处理后的待匿名消息；

其中，消息刷新时机确定模块用于确定所述存储消息的输出时机；

其中，输出消息选择模块用于当消息输出时机到达时，根据当前的消息流量环境特征确定所述存储消息中各个消息的输出概率，从而确定当前消息刷新时机所述存储消息中需要输出的消息；

其中，重编码重排序模块用于对输出消息选择模块所选择的需要输出的消息进行重编码和/或重排序，以最终输出消息。

进一步地，输出消息选择模块在用于根据当前的消息流量环境特征确定所述存储消息中各个消息的输出概率，其方案包括：

一、计算当前消息流量环境特征值d_t：

d_t＝β·n_t+(1-β)·d_t-1

其中，n_t为当前单位时间内到达所述消息混合匿名通信装置的输入消息个数，β为平滑常数，其取值范围为[0，1]，d_t-1为上一单位时间的流量特征值；

二、根据所述流量环境特征值，计算当前消息输出概率p(m_i)：

$p\left(m_i\right)=\frac{d_t^{\mathrm{\α}}}{1+d_t^{\mathrm{\α}}}$

其中α为常数，α＞0；所述参数α可以为MIX服务器设定的系统参数，也可以由用户根据自己的需求设定并为待匿名消息所携带。

三、以概率p(m_i)作为所述存储消息中任一个消息m_i的输出概率，即以概率p(m_i)输出消息m_i，以概率1-p(m_i)保留消息不输出。

进一步地，所述消息混合匿名通信装置还包括流量环境感知器，该流量环境感知器用于获取所述消息流量环境特征值d_t。

更进一步地，所述消息混合匿名通信装置还包括匿名期望值提取模块，该模块用于对用户事先设置并为待匿名处理消息所携带的α值进行提取，提取的α值用于所述计算当前消息输出概率p(m_i)。这样，所述消息混合匿名通信装置满足了用户的个性化匿名需求。

本发明的有益效果为：

由上述内容可知，本发明一方面能够解决现有的消息混合匿名方法面对不断变化的流量环境无法及时调整的矛盾，一方面能够支持用户自定义的匿名需求。

本发明技术方案中，在计算消息输出概率p(m_i)时，同时考虑到消息流量环境特征值d_t以及用户的匿名期望值参数α。在用户的匿名期望值α一定的情况下，输出概率函数p(m_i)随当前的消息流量环境特征值d_t增加而单调递增，由此在网络流量环境发生变化时，能够自动适应当前流量环境。而用户匿名期望值α则决定消息输出概率p(m_i)随消息流量环境特征值d_t增加而增长的速度，对于同样的消息流量环境特征值d_t，消息输出概率会因为不用用户设置的匿名期望值参数α_i不同而不同，由此体现了用户的个性化匿名需求。

附图说明

图1为现有技术的消息混合匿名通信方法流程图；

图2为本发明一个具体实施例的消息混合匿名通信装置示意图；

图3为本发明另一个具体实施例的消息混合匿名通信装置示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

本发明消息混合匿名通信方法针对图1所示现有技术的消息混合匿名通信方法中的消息输出选择做出了改进，具体包括如下步骤：

步骤101、MIX服务器110接收一条输入消息；

步骤102、MIX服务器110删除重复消息；

步骤103、MIX服务器110将消息存储在内部缓冲区中；

步骤104、判断消息刷新时机到来时，MIX服务器110选择待输出的消息；本发明实施例中，可以采用定时策略、阀值策略或其他策略来判断消息刷新时机是否到来。MIX服务器110选择待输出的消息，具体包括如下步骤：

A、计算当前消息流量环境特征值d_t：

d_t＝β·n_t+(1-β)·d_t-1

其中，n_t为当前单位时间内到达MIX服务器的输入消息个数，β为平滑常数，其取值范围为[0，1]，d_t-1为上一单位时间的流量特征值；

B、根据所述流量环境特征值，计算当前时刻消息输出概率p(m_i)：

$p\left(m_i\right)=\frac{d_t^{\mathrm{\α}}}{1+d_t^{\mathrm{\α}}}$

其中α为常数，α＞0，α可以为MIX服务器110的系统参数；α还可以由用户根据自己的需要设定，用户自己设定的该参数称为用户的匿名期望值，用户的匿名期望值事先被写入待匿名的消息中，MIX服务器110在接收该待匿名的消息后将用户的匿名期望值提取出来，供计算消息输出概率p(m_i)时使用；

C、以概率p(m_i)作为存储消息中任一个消息m_i的输出概率，即以概率p(m_i)输出消息m_i，以概率1-p(m_i)保留消息不输出；

步骤105、对步骤104中选择输出的消息进行重新排序和/或重新编码；

步骤106、输出消息。

以上消息混合匿名通信方法，在计算消息的输出概率p(m_i)时，既考虑当前流量特征值d_t，还要考虑参数α，输出概率函数p(m_i)随当前的流量特征值d_t增加而单调递增，而参数α则决定消息输出概率随消息流量特征值d_t增加而增长的速度。参数α越大，消息输出概率随消息流量特征值d_t增加而增长的速度就越快。这样，如果参数α由用户自己设定，则对于同样的消息流量特征值d_t，用户输出概率会因为不用用户设置的匿名期望值参数不同而不同，由此体现了用户的个性化匿名需求。

图2为本发明一个具体实施例的消息混合匿名通信装置示意图，如图所示，本发明消息混合匿名通信装置具体包括消息去重模块、消息存储模块、消息刷新时机确定模块、输出消息选择模块、重编码重排序模块和流量环境感知器。其中，消息去重模块用于删除待匿名消息中的重复消息；消息存储模块用于存储经过去重模块处理后的待匿名消息；消息刷新时机确定模块用于根据消息流量环境决定消息输出时机；输出消息选择模块用于当消息输出时机到达时，选择需要输出的消息；重编码重排序模块用于对输出消息选择模块所选择的消息进行重编码和\或重排序，以最终输出消息；流量环境感知器用于获取消息流量环境特征值d_t。该消息混合匿名通信装置工作流程如下：

1、MIX服务器110接收一条输入消息；

2、消息去重模块通过检查历史消息以删除重复消息；

3、MIX服务器将输入消息输入至流量环境感知器111，同时消息存储模块批量存储输入消息；消息刷新时机确定模块判定到达消息刷新时机时，由输出消息选择模块择待输出的消息，然后由重编码重排序模块进行重新编码和加密，之后MIX服务器输出消息。

其中，消息刷新时机确定模块可以采用定时策略、阀值策略或其他策略来判断消息刷新时机是否到来。

其中，流量环境感知器111接收输入消息，依据输入消息个数和历史消息流量信息采用指数加权滑动平均法计算当前的消息流量环境特征值d_t，其计算方法如下：

d_t＝β·n_t+(1-β)·d_t-1

其中，n_t为当前单位时间内到达消息混合匿名通信装置即MIX服务器的输入消息个数，β为平滑常数，其取值范围为[0，1]，d_t-1为上一单位时间的流量特征值。

其中，输出消息选择模块在输出消息选择时，接收当前的流量特征值d_t作为参数，按照如下公式来计算消息m_i的输出概率p(m_i)：

$p\left(m_i\right)=\frac{d_t^{\mathrm{\α}}}{1+d_t^{\mathrm{\α}}}$

4、根据计算结果，以概率p(m_i)输出消息m_i，以概率1-p(m_i)保留消息不输出，其中α为MIX服务器110的系统参数，α＞0。

图3为本发明另一个具体实施例的消息混合匿名通信装置示意图，如图所示，该消息混合匿名通信装置相对于图2所示消息混合匿名通信装置增加了匿名期望值提取模块，该模块用于对用户事先设置并被写入待匿名处理消息中的α值进行提取，提取的α值用于所述计算当前时刻输出概率。这样，所述消息混合匿名通信装置满足了用户的个性化匿名需求。该混合匿名通信装置的工作流程如下：

1、MIX服务器110接收一条输入消息；

2、消息去重模块通过检查历史消息以删除重复消息；

3、匿名期望值提取模块对消息进行解码，获取消息m_i的匿名期望值参数α(α＞0)；

4、MIX服务器将输入消息输入至流量环境感知器111，同时消息存储模块批量存储输入消息；消息刷新时机确定模块判定到达消息刷新时机时，由输出消息选择模块择待输出的消息，然后由重编码重排序模块进行重新编码和加密，之后MIX服务器输出消息。

其中，流量环境感知器111接收输入消息，依据输入消息个数和历史消息流量信息计算当前的流量特征值d_t，其计算方法如下：

d_t＝β·n_t+(1-β)·d_t-1

其中，n_t为当前单位时间内到达消息混合匿名通信装置的输入消息个数，β为平滑常数，其取值范围为[0，1]，d_t-1为上一单位时间的流量特征值。

其中，输出消息选择模块在输出消息选择时，接收当前的流量特征值d_t和消息的匿名期望值α作为参数，按照如下公式来计算消息m_i的输出概率p(m_i)：

$p\left(m_i\right)=\frac{d_t^{\mathrm{\α}}}{1+d_t^{\mathrm{\α}}}$

由此可知，在本发明实施例中，计算消息输出概率p(m_i)所采用的参数α不再为MIX服务器的系统参数，而是由用户根据需要来设定该参数，能更好地满足用户的个性化需求。

5、根据计算结果，以概率p(m_i)输出消息m_i，以概率1-p(m_i)保留消息不输出。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应注意的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求记载的技术方案及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (6)

1.一种消息混合匿名通信方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤1、去掉待匿名消息中的重复消息；

步骤2、存储所述待匿名的消息；

步骤3、消息刷新时机到来时，根据当前的消息流量环境特征确定所述存储消息中各个消息的输出概率，从而确定当前消息刷新时机所述存储消息中需要输出的消息；

步骤4、对步骤3确定的需要输出的消息进行重新编码和/或重排序，并输出；

其中，步骤3中，所述根据当前的消息流量环境特征确定所述存储消息中各个消息的输出概率，包括：

计算当前消息流量环境特征值d_t：d_t＝β·n_t+(1-β)·d_t-1，其中，n_t为当前单位时间内到达MIX服务器的输入消息个数，β为平滑常数，其取值范围为[0，1]，d_t-1为上一单位时间的流量特征值；根据所述流量环境特征值，计算当前时刻消息输出概率p(m_i)： 

其中α为常数，α＞0。

2.根据权利要求1所述的消息混合匿名通信方法，其特征在于：

所述参数α为消息混合匿名服务器设定的系统参数。

3.根据权利要求1所述的消息混合匿名通信方法，其特征在于：

所述参数α由用户根据自己的需要设定，并且所述待匿名的消息中携带该参数α，在对该消息进行匿名处理时该参数α被解析出来。

4.一种消息混合匿名通信装置，其特征在于：

所述消息混合匿名通信装置包括消息去重模块、消息存储模块、消息刷新时机确定模块、输出消息选择模块和重编码重排序模块；

其中，所述消息去重模块用于删除待匿名消息中的重复消息； 

其中，所述消息存储模块用于存储经过去重模块处理后的待匿名消息；

其中，所述消息刷新时机确定模块用于确定所述存储消息的输出时机；

其中，所述输出消息选择模块用于当消息输出时机到达时，根据当前的消息流量环境特征确定所述存储消息中各个消息的输出概率，从而确定当前消息刷新时机所述存储消息中需要输出的消息；

其中，所述重编码重排序模块用于对输出消息选择模块所选择的需要输出的消息进行重编码和/或重排序，以最终输出消息；

其中，所述输出消息选择模块在用于根据当前的消息流量环境特征确定所述存储消息中各个消息的输出概率，其方案包括：

一、计算当前消息流量环境特征值d_t：

d_t＝β·n_t+(1-β)·d_t-1

其中，n_t为当前单位时间内到达所述消息混合匿名通信装置的输入消息个数，β为平滑常数，其取值范围为[0，1]，d_t-1为上一单位时间的流量特征值；

二、根据所述流量环境特征值，计算当前消息输出概率p(m_i)：

其中α为常数，α＞0；

三、以概率p(m_i)作为所述存储消息中任一个消息m_i的输出概率，即以概率p(m_i)输出消息m_i，以概率1-p(m_i)保留消息不输出。

5.根据权利要求4所述的消息混合匿名通信装置，其特征在于：

所述消息混合匿名通信装置还包括流量环境感知器；

所述流量环境感知器用于获取所述消息流量环境特征值d_t。

6.根据权利要求4或5所述的消息混合匿名通信装置，其特征在于：

所述消息混合匿名通信装置还包括匿名期望值提取模块，该模块用于对用户事先设置并为待匿名处理消息所携带的α值进行提取，提取的α值用于所述计算当前消息输出概率p(m_i)。 

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