CN109302676A - 一种面向乘客和司机隐私保留的o-d区域匹配方法 - Google Patents

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Abstract

一种面向乘客和司机隐私保留的O‑D区域匹配方法，采用管理平台首先对所使用地图进行网格划分，并对每个网格区域给予不同的编号，司机或乘客出行的O‑D位置确定后，选择对应位置的网格编号作为出行的O‑D信息，再采用基于离散对数困难问题的加密算法对出行O‑D信息进行加密并通过管理平台发布，通过对加密后的O‑D区域进行匹配解决了现有共乘服务中用户出行位置的泄漏问题，有效保护了乘客的出行区域隐私，消除了潜在的安全隐患。

Description

一种面向乘客和司机隐私保留的O-D区域匹配方法
技术领域
本发明属于共乘服务技术领域，具体涉及一种面向乘客和司机隐私保留的O-D区域匹配方法。
背景技术
随着定位技术、智能终端设备和无线通信设备的发展，所以具有地理定位功能的智能手机的普及产生了各种基于位置的服务(LBS)。利用位置服务实现司机和乘客的共乘车辆出行是共享经济的一个重要应用领域，通过共乘出行能够降低出行成本、减少污染排放，已经获得广泛的普及。提供共乘服务的企业通常建有管理平台，使用共乘服务的司机和乘客均可以通过管理平台发布自己出行需求，主要包括出行起点(O)和目的点(D)的位置信息，双方也均可以通过平台选择与自己出行O-D相匹配的车辆或乘客进行共乘出行。但是，出行位置信息属于隐私信息，通过这些隐私信息能够很容易获取司机或乘客的出行行为和习惯，进而带来潜在的安全风险和危害。当前基于位置隐私的保护问题已引起广泛关注，保护共乘出行中乘客和司机的O-D位置隐私已成为现实需求，迫切需要解决。
在Arvind Narayanan、Narendran Thiagarajan等人的采取的隐私保护的位置邻近测试方法主要用于测试用户之间的距离是否处于事先规定的范围之内，并不适用于共乘服务中的O-D 区域匹配，并且该方法需要司机和乘客之间事先共享密钥。而在AhmedB.T.Sherif，Khaled Rabieh等人的基于位置服务的隐私保护的共乘路径匹配方法中，作为一级用户的一方需要预先设置一个由二级用户组成的群组，并为群组中的成员分发秘密参数，同时该方案中的路径匹配是由平台管理机构完成的，具有效率低，实用性差的缺点。
发明内容
本发明的目的是提供一种面向乘客和司机隐私保留的O-D区域匹配方法。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：
一种面向乘客和司机隐私保留的O-D区域匹配方法，包括以下步骤：
步骤一：平台管理者进行初始化；
平台管理者按照经纬度对所使用地图进行网格划分，并对每个网格给予不同的编号；平台管理者产生一个大素数p和一个阶为p-1的生成元g；
假设司机为出行匹配请求的发起者，司机通过管理平台客户端选择目标区域，即O-D区域，然后管理平台找到与O-D区域相对应的编号；假设司机的目标区域为(Do,Dd)，其中Do表示司机的起始区域对应编号，Dd表示司机的目的区域对应编号；
步骤二：司机对O-D区域所对应的编号进行加密；
步骤三：司机向乘客发送对O-D区域所对应的编号进行加密后的信息以及出发时间；
步骤四：乘客根据出发时间确定是否进行响应；若乘客对司机发出的请求进行响应，则执行以下过程：
乘客选定随机数计算：
其中(Po,Pd)分别表示乘客的O-D区域编号；
乘客计算两个二元组M、N:
令
令
乘客计算参数S1,S2:
S1＝(M1×N1)mod p
S2＝(M2×N2)mod p
乘客发送S1,S2给司机；
步骤五：司机接受乘客加密后的数据进行解析后判断是否匹配。
本发明进一步的改进在于，划分网格大小为200m×200m。
本发明进一步的改进在于，步骤二的具体过程如下：TA首先产生一个大素数p和一个阶为p-1的生成元g，然后司机选择随机数r,a,b然后对O-D区域所对应的编号进行如下的加密计算：
其中，表示1到p-1的整数。
本发明进一步的改进在于，步骤五的具体过程如下：司机计算参数S1 r：
S1 r＝(M1×N1)rmod p
司机可以通过分别比较S1 r,S2是否相等，若相等，则表明两者O-D区域匹配成功，司机和乘客进行线下交流；否则，匹配失败。
本发明进一步的改进在于，匹配失败后，等待下一次乘客的响应。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明采用管理平台首先按照经纬度对所使用地图进行网格划分，并对每个网格给予不同的编号，司机或乘客出行的O-D位置确定后，选择对应位置的网格编号作为出行的O-D信息，再采用基于离散对数困难问题的加密算法对出行O-D信息进行加密并通过管理平台发布，通过对加密后的O-D区域进行匹配解决了现有共乘服务中用户出行位置的泄漏问题，有效保护了乘客的出行区域隐私，消除了潜在的安全隐患。相比Arvind Narayanan、NarendranThiagarajan等人的采取的隐私保护的位置邻近测试方法以及AhmedB.T.Sherif， KhaledRabieh等人的基于位置服务的隐私保护的共乘路径匹配方法这两种方法，本发明提出的方法只需要预先由平台管理机构(TA)生成公共参数g和p即可，既不需要预先为司机和乘客产生共享密钥，匹配过程也不是由第三方平台管理机构完成，因而效率更高，有更好的实用性。
附图说明
图1是本发明的网格划分示意图。
图2为本发明的流程图。
具体实施方式
下面结合附表和具体实施方式对本发明进行详细说明。
参见图2，本发明包括以下步骤：
步骤一：平台管理者进行初始化。
平台管理者按照经纬度对所使用地图进行网格划分(例如划分大小为200m×200m)，并对每个网格给予不同的编号，区域网格划分方式和编号方式如图1所示。(这里以西安市地图为例)首先对西安市地图按照经纬度进行网格划分，将每个网格左上角点的经纬度作为每个网格的编号。比如，第一个网格左上角的经度为108°0’0”，纬度为34°0’0”，即将 1080000340000作为网格的编号，保证了每个网格编号的唯一性。
如图1所示，假设司机为出行匹配请求的发起者，司机通过管理平台客户端选择目标区域(即O-D区域)，然后管理平台找到与O-D区域相对应的编号。假设司机的目标区域为(Do,Dd)，其中Do表示司机的起始区域对应编号，Dd表示司机的目的区域对应编号。
管理平台客户端内包括平台管理者。
步骤二：司机对O-D区域所对应的编号进行加密。
TA首先产生一个大素数p和一个阶为p-1的生成元g，然后司机选择随机数r,a,b然后对O-D区域所对应的编号进行如下的加密计算：
其中，表示1到p-1的整数。
步骤三：司机向乘客发送对O-D区域所对应的编号进行加密后的信息。
司机将以及附属信息(例如出发时间)通过管理平台客户端发送给乘客，等待乘客的响应。
步骤四：乘客根据附属信息确定是否进行响应。
乘客首先根据附属信息判断是否具有共乘的可能，即如果乘客的出发时间在司机的出发时间之前(比如乘客出发时间在司机出发时间的前15min之内到达出发点(O))，则乘客对司机的请求进行响应，否则不进行响应。乘客若对司机发出的请求进行响应，则执行以下过程：
乘客选定随机数计算：
其中(Po,Pd)分别表示乘客的O-D区域编号。
乘客计算两个二元组M、N:
令
令
乘客计算参数S1,S2:
S1＝(M1×N1)mod p
S2＝(M2×N2)mod p
乘客发送S1,S2给司机。
步骤五：司机接受乘客加密后的数据进行解析。
司机计算参数S1 r：
S1 r＝(M1×N1)rmod p
司机可以通过分别比较S1 r,S2是否相等，若相等，则表明两者O-D区域匹配成功，司机和乘客进行线下交流；否则，匹配失败。匹配失败后，等待下一次乘客的响应。
本发明提出采用管理平台TA对所使用的地图进行网格划分并对每个网格给予不同的编号。实际使用中，乘客和司机可以通过平台地图定位自己的出行区域，系统自动给出对应编号；并且基于离散对数困难问题的加密算法是一种成熟的方法，司机和乘客匹配过程中分别只需要计算4次指数运算，所以满足可行性。该方法可以用于共乘服务中有关位置服务的隐私保护问题，能够有效的保护共乘服务的安全，消除用户对隐私信息泄露的担心，更好地促进共乘出行的健康发展。
为了验证方法的实用性，采用实验模拟测试了用户加密、车主加密以及用户解密三个过程中的时间性能。因为本算法是基于O-D位置的匹配算法，匹配计算时与区域的大小无关，所以在此不考虑区域大小对匹配计算的影响。实验模拟了公共参数p为1024bit时各个部分所耗费的时间。实验随机选择5组O-D进行了计算，由表1可知，司机加密平均时间消耗小于 80ms，匹配时间小于20ms，乘客端计算时间约为160ms，考虑到司机和乘客寻找共乘一般都提前1个小时甚至更长时间进行，因此计算消耗是可以完全满足实际需求的。1024bit长度的参数也完全满足当前安全要求。实验结果表明本发明的应用是完全可行的。
表1实验数据(单位：s)

Claims (5)

1.一种面向乘客和司机隐私保留的O-D区域匹配方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：平台管理者进行初始化；
平台管理者按照经纬度对所使用地图进行网格划分，并对每个网格给予不同的编号；平台管理者产生一个大素数p和一个阶为p-1的生成元g；
假设司机为出行匹配请求的发起者，司机通过管理平台客户端选择目标区域，即O-D区域，然后管理平台找到与O-D区域相对应的编号；假设司机的目标区域为(Do,Dd)，其中Do表示司机的起始区域对应编号，Dd表示司机的目的区域对应编号；
步骤二：司机对O-D区域所对应的编号进行加密；
步骤三：司机向乘客发送对O-D区域所对应的编号进行加密后的信息以及出发时间；
步骤四：乘客根据出发时间确定是否进行响应；若乘客对司机发出的请求进行响应，则执行以下过程：
乘客选定随机数计算：
其中(Po,Pd)分别表示乘客的O-D区域编号；
乘客计算两个二元组M、N:
令
令
乘客计算参数S1,S2:
S1＝(M1×N1)modp
S2＝(M2×N2)modp
乘客发送S1,S2给司机；
步骤五：司机接受乘客加密后的数据进行解析后判断是否匹配。
2.根据权利要求1所述的一种面向乘客和司机隐私保留的O-D区域匹配方法，其特征在于，划分网格大小为200m×200m。
3.根据权利要求1所述的一种面向乘客和司机隐私保留的O-D区域匹配方法，其特征在于，步骤二的具体过程如下：TA首先产生一个大素数p和一个阶为p-1的生成元g，然后司机选择随机数然后对O-D区域所对应的编号进行如下的加密计算：
其中，表示1到p-1的整数。
4.根据权利要求3所述的一种面向乘客和司机隐私保留的O-D区域匹配方法，其特征在于，步骤五的具体过程如下：司机计算参数S1 r：
S1 r＝(M1×N1)rmodp
司机可以通过分别比较S1 r,S2是否相等，若相等，则表明两者O-D区域匹配成功，司机和乘客进行线下交流；否则，匹配失败。
5.根据权利要求4所述的一种面向乘客和司机隐私保留的O-D区域匹配方法，其特征在于，匹配失败后，等待下一次乘客的响应。
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