CN104199883A - 一种基于vgr索引结构的k匿名隐私保护算法 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例提供了一种基于VGR索引结构的K匿名隐私保护算法,涉及数据安全领域,可以降低冗余率,减少传输时的通信代价,降低后台服务器的开销,提高整体性能。所述算法包括:根据查询对象的坐标信息定位到所在网格,并由网格里面的指针定位到R*树叶子中的一个条目,判断该条目是否满足匿名要求,若满足则输出该条目的匿名区域;如果不满足,则向上找其父亲结点,如果父亲结点满足,则按照不同的扩展策略进行简化合并,直到满足要求的匿名区域,如果父亲结点仍然不满足,则继续递归向上,直到找到满足要求的匿名区域。
Description
技术领域
本发明涉及数据安全领域,尤其涉及一种基于VGR(Virtual GridR*tree,虚拟网格R*树)索引结构的K匿名隐私保护算法。
背景技术
近年来,与位置服务有关的定位技术、导航技术已经广泛走进现实生活,海量不断变化的信息对移动数据库索引的性能提出了更高的要求。随着位置服务应用的普及,人们也越来越关注位置隐私泄露的问题。因此,移动对象索引和隐私保护的研究成为移动数据库领域研究的两大热点。目前对这两大热点的研究已经有很多成果,K匿名隐私保护是这两大热点的典型应用之一。
K匿名隐私保护技术可以从本质上防止用户位置和身份信息的泄露。这种技术需要引入一个第三方平台即匿名服务器,现有技术中应用较多的K匿名隐私保护算法为Casper算法。它的匿名服务器层是四分树结构,自底向上递归找匿名框的时候,每个孩子只能与相邻的2个兄弟组合,组合比较有局限性,比如:如果需要3个孩子的组合,这样构成的匿名区ASR不规则,在某些情况下,达不到隐私保护效果。因此要使得匿名区ASR是一个规则的矩形框,必须扩展为4个孩子的组合,这样多余了一个孩子的传输开销,后台查询处理时,也会处理这个多余的孩子里面的移动物体,如果移动物体过多,会增加服务器的开销,导致整体性能下降。即该匿名算法的不足为匿名结果候选集的冗余率高,造成通信代价高,且占用LBS服务器资源。
发明内容
本发明的实施例提供一种基于VGR索引结构的K匿名隐私保护算法,可以降低冗余率,减少传输时的通信代价,降低后台服务器的开销,提高整体性能。
为达到上述目的,本发明的实施例采用如下技术方案:
一种基于虚拟网格R*树VGR索引结构的K匿名隐私保护算法,包括:
101、由VGR构成的中间匿名服务器接收移动对象的查询请求,根据所述移动对象的位置计算所述移动对象所在的网格;所述VGR包括网格文件、R*树;所述网格文件中包括Object表和Rvalue表;所述查询请求中包括移动对象的oid,位置坐标,以及用于匿名要求K和Area;
102、根据所述Rvalue表找到所述网格对应R*树叶子结点中的条目Entry;
103、判断所述叶子结点的Entry的面积是否大于等于Area并且所述叶子结点的Entry包含的移动点的个数是否大于等于K;
若是,则进行步骤104;
否则,进行步骤105;
104、输出所述叶子结点的Entry的mbr,算法结束;
105、根据所述叶子结点的Entry中指向父亲结点的指针找到所述叶子结点的父亲结点;
106、判断父亲结点的面积是否小于Area或者父亲结点包含移动点个数是否小于K;
若是,则重复步骤105和106,直至父亲结点parentEntry的面积不小于Area且父亲结点包含移动点个数不小于K,则得到满足条件的父亲结点,进行步骤107;
若否,则直接进行步骤107。
107、采取相应的策略,得到所述满足条件的父亲结点的一个孩子结点子集CsubSet,使得CsubSet中孩子结点合并后的mbr面积大于Area且包含的移动对象数目大于K;返回所述Csubset中孩子结点合并后的mbr;算法结束。
上述技术方案提供的基于VGR索引结构的K匿名算法比Casper算法的查询响应时间最快能达到一个数量级,且在匿名K值较小时,VGR索引结构K匿名算法的匿名结果比Casper算法减少了4/5,大大减少了通信开销和后台资源的占用。这种精简的满足要求的匿名区是由于R*树本身存储结构的高空间利用率决定的。且步骤107进一步简化了匿名区域,这样使冗余率相对更低,这样不仅减少了传输时的通信代价,后台服务器的开销也大大降低,提高整体性能。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种基于VGR索引结构的K匿名隐私保护算法的流程示意图;
图2为本发明实施例提供的一种网格划分和VGR索引建立图示示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供了一种基于VGR索引结构的K匿名隐私保护算法,如图1所示,所述算法包括以下步骤:
101、由VGR构成中间匿名服务器接收移动对象的查询请求,根据所述移动对象的位置计算所述移动对象所在的网格。
所述查询请求中包括移动对象的oid,位置坐标,以及用于匿名要求K和Area。
所述VGR包括网格文件、R*树;所述网格文件中包括Object表和Rvalue表。主要思想是先对空间进行网格划分,移动物体存放在网格中,基于区域覆盖的思想,并不是把移动物体存放在R*树的叶子中,而是以一个网格为单位作为R*树叶子中的最小条目。图2所示左边为对移动对象所在的区域进行网格划分示意图,图中数字为网格的唯一标识,黑色点代表移动对象,Q对应的黑色点代表发起查询的移动对象。右边展示了VGR索引结构图。该索引是基于图左边的网格划分和移动对象所建立的。
网格的划分是固定的,每个网格都有固定的大小和坐标值,移动对象与网格的关系是匿名服务器通过计算得出的。中间匿名服务器自身预先设定查询空间的每个网格单元大小(hX,hY)与divX。
移动对象的位置坐标oxy、网格id(即cid)与网格的映射关系由下面三个公式给出。
cid=(int)x/hX+(int)y/hY*divX+1 (1)
px=(int)x/hX (2)
py=(int)y/hY (3)
其中,cid为移动对象所对应的网格id,位置坐标oxy的坐标值(x,y)表示移动对象的位置,坐标(px,py)是网格坐标,divX表示网格文件在水平方向上的划分个数,hX和hY表示网格的水平宽度和垂直高度。由此给定一个移动点(x0,y0)能快速定位到其所在网格。
所述中间匿名服务器计算出该移动对象对应的网格后,中间匿名服务器就会把该移动对象的oid和位置坐标及所在网格都保存在Object表。
所述Object表是一个哈希表,用来存储移动对象的基本信息,所述Object表中存储有<oid,cid,oxy>,其中oid是移动对象的唯一标识,是哈希表Object表的键值,cid是划分的网格的唯一标识,oxy是移动对象的位置信息。
所述Rvalue表是一个哈希表,用来存放R*叶子结点和网格的关系,数据项表示为<cid,center,oidlist,locate>,其中cid是网格的唯一标识,是哈希表Rvalue表的键值,center是网格的中心点位置,locate指针指向该网格所对应的R*树叶子中的具体一个条目Entry,oidlist用于存储位于该网格内的移动对象,它保存在一个平衡二叉树中。
R*树的条目Entry用<id,mbt,tf_pointcount,parent>表示,R*树的Node结点,它有一个level表示该结点所在的层,如果level=0,则是叶结点,如果level>0,则是中间结点;区分叶结点与中间结点主要是因为和移动对象相关的信息只保存在叶结点里,中间结点只包含有其孩子结点的信息;通过判断一个结点是否是叶结点,就可以知道其entry的id代表的含义。叶结点中的Entry的id表示网格的id,是有意义的id;中间结点的Entry的id表示内存地址的id,仅仅作为索引用,没有实际意义。
mbr表示该条目最小边界矩形,包括该条目所在区域左下角、右上角2个点的坐标信息;tf_pointcount是统计该结点下的所有的网格包含的移动点的个数;parent是指向该条目的父亲结点的指针。
R*树的结点Node用<level,numChildren,mbr,entries,tf_pointcount,parent>表示,level表示结点的高度,叶子层为0;numChildren表示该结点包含条目Entry的个数;mbr表示该结点最小边界矩形,包括该结点所在区域左下角、右上角2个点的坐标信息;entries是一个指针数组,包含指向该结点下的各个条目的相应指针;tf_pointcount是统计该结点下的所有的网格包含的移动点的个数;parent是指向该结点的父亲结点的指针。
102、根据所述Rvalue表找到所述网格对应R*树叶子结点中的条目Entry。
103、判断所述叶子结点的Entry的面积是否大于等于Area并且所述叶子结点的Entry包含的移动点的个数是否大于等于K。
若是,则进行步骤104。
否则,进行步骤105。
R*树叶子结点中的条目Entry用<id,mbr,tf_pointcount,parent>表示,叶子结点中的Entry的id表示网格的id,是有意义的id;mbr表示该条目最小边界矩形,包括左下角、右上角2个点的坐标信息;tf_pointcount是统计该结点下的所有的网格包含的移动点的个数;parent是指向父亲结点的指针。
由mbr可以计算出所述叶子结点的Entry的面积,由tf_pointcount可知道所述叶子结点的Entry包含的移动点的个数,这样就可以判断所述叶子结点的Entry的面积是否大于等于Area并且所述叶子结点的Entry包含的移动点的个数是否大于等于K。
104、输出所述叶子结点的Entry的mbr,算法结束。
105、根据该结点的Entry的指向父亲结点的指针找到该结点的父亲结点。
若所述叶子结点的Entry的面积是小于Area并且所述叶子结点的Entry包含的移动点的个数小于K,则根据叶子结点的Entry的指向父亲结点的指针找到该叶子结点的父亲结点。
106、判断父亲结点的面积是否小于Area或者父亲结点包含移动点个数是否小于K。
父亲结点是node类型的,有<level,numChildren,mbr,entries,tf_pointcount,parent>表示,因此,可以通过mbr得到父亲结点的面积,tf_pointcount得到父亲结点包含的移动对象数目。
若是,则重复步骤105和106,直至父亲结点parentEntry的面积不小于Area且父亲结点包含移动点个数不小于K,则得到满足条件的父亲结点,进行步骤107。
本结点的parent是指向该结点的父亲结点的指针,只要本结点的面积小于Area或者包含移动点个数小于K,就根据本结点的parent找到本结点的父亲结点,直至父亲结点的parentEntry的面积不小于Area且父亲结点包含移动点个数不小于K,此时进行步骤107。
若否,则直接进行步骤107。
107、采取相应的策略,得到所述满足条件的父亲结点的一个孩子结点子集CsubSet,使得CsubSet中孩子结点合并后的mbr面积大于Area且包含的移动对象数目大于K;返回所述Csubset中孩子结点合并后的mbr区域;算法结束。
父亲结点的孩子数与面积可能远高于用户提交的匿名要求(Area和K),直接返回该满足条件的父亲结点,会给后续处理带来额外负担,所以并不是直接返回该父亲结点,而是通过其孩子的逐渐合并来尽量缩小要返回的匿名框。最后返回合并后的孩子结点。这样就能在满足匿名要求的条件下,返回较小的匿名框。
可选的,有4种合并策略:按照条目包含的移动点个数递增的策略(即按照包含移动点个数递增的顺序逐个合并),按照条目包含的移动点个数的贪心策略(即先合并那些包含移动对象个数与剩余K值的差最少的条目,剩余K值就是K与当前匿名区中移动对象个数的差),按照条目的面积递增策略(即按照条目的面积递增的顺序逐个合并),按照条目的面积的贪心策略(即按照增加一个条目后扩展面积最小的顺序合并)。
这样根据上述的算法步骤,就能够找到满足匿名条件的区域,发送给后台查询服务器,由于是发送的一片区域,后台查询服务器不知道具体是哪个移动对象发起的查询,从而保护了查询对象。
当然,当K小于系统中移动对象的总数或者Area小于所有网格所对应的空间,中间匿名服务器就无法获得满足匿名条件的网格区域,此时本算法无解。
通过试验对比得出:VGR索引结构K匿名算法比Casper算法的查询响应时间最快能达到一个数量级,且在匿名K值较小时,VGR索引结构K匿名算法的匿名结果比Casper算法减少了4/5,大大减少了通信开销和后台资源的占用。这种精简的满足要求的匿名区是由于R*树本身存储结构的高空间利用率决定的。且步骤107进一步简化了匿名区域,冗余率相对更低,这样不仅减少了传输时的通信代价,后台服务器的开销也大大降低,提高整体性能。
以上所述,仅为本发明的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,可轻易想到变化或替换,都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此,本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。
Claims (3)
1.一种基于虚拟网格R*树VGR索引结构的K匿名隐私保护算法,其特征在于,包括:
101、由VGR构成的中间匿名服务器接收移动对象的查询请求,根据所述移动对象的位置计算所述移动对象所在的网格;所述VGR包括网格文件、R*树;所述网格文件中包括Object表和Rvalue表;所述查询请求中包括移动对象的oid,位置坐标,以及用于匿名要求K和Area;
102、根据所述Rvalue表找到所述网格对应R*树叶子结点中的条目Entry;
103、判断所述叶子结点的Entry的面积是否大于等于Area并且所述叶子结点的Entry包含的移动点的个数是否大于等于K;
若是,则进行步骤104;
否则,进行步骤105;
104、输出所述叶子结点的Entry的mbr,算法结束;
105、根据该结点的Entry中指向父亲结点的指针找到所述叶子结点的父亲结点;
106、判断父亲结点的面积是否小于Area或者父亲结点包含移动点个数是否小于K;
若是,则重复步骤105和106,直至父亲结点parentEntry的面积不小于Area且父亲结点包含移动点个数不小于K,则得到满足条件的父亲结点,进行步骤107;
若否,则直接进行步骤107;
107、采取相应的策略,得到所述满足条件的父亲结点的一个孩子结点子集CsubSet,使得CsubSet中孩子结点合并后的mbr面积大于Area且包含的移动对象数目大于K;返回所述Csubset中孩子结点合并后的mbr;算法结束。
2.根据权利要求1所述的算法,其特征在于,
所述Object表是一个哈希表,用来存储移动对象的基本信息,所述Object表中存储有<oid,cid,oxy>,其中oid是移动对象的唯一标识,是哈希表Object表的键值,cid是划分的网格的唯一标识,oxy是移动对象的位置信息;
所述Rvalue表是一个哈希表,用来存放R*叶子结点和网格的关系,数据项表示为<cid,center,oidlist,locate>,其中cid是网格的唯一标识,是哈希表Rvalue表的键值,center是网格的中心点位置,locate指针指向该网格所对应的R*树叶子中的具体一个条目Entry,oidlist用于存储位于该网格内的移动对象,它保存在一个平衡二叉树中;
R*树的条目Entry用<id,mbr,tf_pointcount,parent>表示,mbr表示该条目最小边界矩形包括该条目所在区域左下角、右上角2个点的坐标信息;tf_pointcount是统计该结点下的所有的网格包含的移动点的个数;parent是指向该条目的父亲结点的指针;
R*树的结点Node用<level,numChildren,mbr,entries,tf_pointcount,parent>表示,level表示结点的高度,叶子层为0;numChildren表示该结点包含条目Entry的个数;mbr表示该结点的最小边界矩形,包括该结点所在区域左下角、右上角2个点的坐标信息;entries是一个指针数组,包含指向该结点下的各个条目的相应指针;tf_pointcount是统计该结点下的所有的网格包含的移动点的个数;parent是指向该结点的父亲结点的指针。
3.根据权利要求1所述的算法,其特征在于,所述相应的策略包括:按照条目包含的移动点个数递增的策略;按照条目包含的移动点个数的贪心策略;按照条目的面积递增策略;按照条目的面积的贪心策略。
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
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Addressee: Northeastern University Person in charge of patents Document name: payment instructions |
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Addressee: Northeastern University Person in charge of patents Document name: Notice of Termination of Patent Rights |
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