CN112019348B - 一种基于区块链隐私保护的智能手机云定位方法 - Google Patents

一种基于区块链隐私保护的智能手机云定位方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于区块链隐私保护的智能手机云定位方法，其步骤包括：1、区块链网络的构建；2、账号注册/登录阶段和位置信息保护；3、授权和取消授权阶段；4、信息传送阶段。本发明能够有效防止手机位置信息被位置服务供应商随意获取，同时确保手机位置信息的安全传输，从而保护手机用户的位置隐私安全。

Description

一种基于区块链隐私保护的智能手机云定位方法
技术领域
本发明属于数据加密与位置隐私保护技术领域，具体的说是一种基于区块链隐私保护的智能手机云定位方法。
背景技术
随着空间定位技术与移动网络的快速发展，互联网的使用形式也在由“PC”等固定设备向智能手机等移动设备转变，卫星导航和位置服务业更是发展迅速。到今天为止，基于位置的服务(Location Based Services，LBS)已经与人们的生活息息相关。所谓的基于位置的服务是指，用户通过智能手机等移动设备的定位技术来获得自身的地理位置，位置服务商根据用户的地理位置向用户提供各种位置服务。基于位置的服务极大的便利了人们的生活，然而在得到极大便利的时候，人们自身的位置信息却受到了一定程度的威胁。
目前，手机用户在授权位置服务供应商获取自身位置信息时，所设置的授权策略比较粗糙。现今常见的授权策略有永久性授权和使用期间授权。
永久性授权顾名思义就是位置服务供应商一经授权就可以随时随地获取手机用户的位置信息。然而在手机用户不需要位置服务的时候，位置服务供应商仍可以自行获取手机用户的位置信息，手机用户的位置隐私得到了侵犯。
使用期间授权是指当用户使用手机软件时，允许位置服务供应商获取手机用户的位置信息。使用期间授权相较永久性授权有了一定程度的提高，然而当手机应用软件仍在后台运行时，位置服务商仍可获取手机用户的位置信息，手机用户的位置隐私仍旧得不到合理的保护。此外，手机用户位置信息的授权对象比较杂乱，几乎所有的软件应用都能发起获取位置信息的请求，手机用户稍有不慎，自身位置信息就很容易落入非法机构手中。因此设计有效的位置隐私保护方法来保护手机用户的位置隐私是很有必要的。
发明内容
本发明是为了解决上述现有技术存在的不足之处，提出一种基于区块链隐私保护的智能手机云定位方法，以期能够防止手机位置信息被位置服务供应商随意获取，同时对位置进行进行加密传输，从而保证手机用户位置隐私的安全。
本发明为达到上述发明目的，采用如下技术方案：
本发明一种基于区块链隐私保护的智能手机云定位方法的特点是按如下步骤进行的：
步骤一、区块链网络的构建：
所述区块链网络最少由4台云服务器构成、且所有的云服务器上均设有同一份账本数据；令一台云服务器对应一家手机生产厂家；
每个手机生产厂家所在的每个云服务器均对应若干个管理员、若干个手机用户以及若干个位置服务供应商；记其中任意一个手机用户为u，手机用户u所在的云服务器记为cs1，云服务器cs1上的任意一个管理员记为m1；记任意一个位置服务供应商记为l，供应商l所在的云服务器记为cs2，云服务器cs2上的任意一个管理员记为m2；
所述手机生产厂家负责区块链网络的运行与维护，同时通过管理员管理手机用户和位置服务供应商的证书；
所述手机生产厂家提前生成管理员证书和管理员账号以及管理员的公私秘钥(PK_M,SK_M)；
每台云服务器上均部署有区块链的节点，包括：Ca节点、Zookeeper节点、Kafka节点、Orderer节点、Peer节点；
所述Ca节点负责提供证书服务；
所述Zookeeper节点和Kafka节点负责实现集群和共识机制，并在部分区块链的节点宕机时使得区块链网络正常运行；
所述Orderer节点负责打包交易并生成区块；
所述Peer节点用于部署智能合约，以及提交交易；
所述手机用户通过SDK接入区块链网络，提交交易并获得交易结果；
步骤二、账号注册/登录阶段和位置信息保护：
步骤2.1、手机生产厂家的管理员m1依照手机用户u的手机的唯一标识符IMEI向云服务器cs1发起生成手机用户u的证书请求；
云服务器cs1上的Ca节点根据管理员m1的手机用户的证书请求来生成手机用户u的数字证书；
管理员m2利用位置服务供应商l的名字以及其他相关信息向云服务器cs2发起生成供应商l的证书请求；
云服务器cs2上的Ca节点根据管理员m2的供应商的证书请求来生成位置服务供应商l的数字证书；
步骤2.2、手机用户u通过SDK接入区块链网络中注册登录账号，并得到一个包括公钥和私钥的秘钥对(PK_U，SK_U)；
所述位置服务供应商l通过SDK接入区块链网络中注册登录账号，并得到一个包括公钥和私钥的秘钥对(PK_L，SK_L)；
步骤2.3、手机用户u使用自己的公钥(PK_U)对自己的位置息信msg自动进行加密，并得到加密后的位置信息C＝EPK_U(msg)；其中，EPK_U(·)表示加密函数；
步骤三、授权和取消授权阶段：
步骤3.1、位置服务供应商l向手机用户u发出获取手机位置的信息请求；
步骤3.2、手机用户u自动通过所述Peer节点调用智能合约中查询用户授权列表的函数查询所述位置服务供应商l的相关信息是否在自己的授权列表当中；
若在授权列表当中，则手机用户u将自己的位置信息传输给位置服务供应商l；
若不在授权列表当中，则由手机用户u自行决定是否授权给位置服务供应商l；
若手机用户u同意授权，则所述Peer节点调用智能合约中的授权函数将位置服务供应商l的相关信息添加到用户授权列表中；同时由手机用户u确定位置服务供应商l的授权策略，从而通过所述Peer节点调用智能合约中的授权策略函数将相应的授权策略添加到授权列表的位置服务供应商l的授权信息中；
当手机用户u为位置服务供应商l制定的授权策略超出手机用户u设定的条件时，则所述Peer节点自动调用智能合约中的取消授权函数将位置服务供应商l的相关信息从手机用户u的授权列表当中移除；
若手机用户u不同意授权或者手机用户u未在规定的时间T内做出响应，则位置服务供应商l获取手机用户u位置信息失败；
步骤四、信息传送阶段：
步骤4.1、所述手机用户u使用自己的私钥(SK_U)对位置信息C进行解密得到位置信息msg＝DSK_U(C)；其中，DSK_U(·)表示解密函数；
步骤4.2、手机用户u先用自己的私钥(SK_U)对位置信息msg进行加密，得到第一阶段加密后的信息C1＝ESK_U(msg)，再用位置服务供应商l的公钥(PK_L)对第一阶段加密后的信息C1进行加密，得到第二阶段加密后的信息C2＝EPK_U(C1)，然后将第二阶段加密后的信息C2传输给所述位置服务供应商l；其中，ESK_U(·)表示加密函数；EPK_U(·)表示加密函数；
步骤4.3、位置服务供应商l收到第二阶段加密后的信息C2后，对第二阶段加密后的信息C2先用自己的私钥(SK_L)进行解密，得到第一阶段加密后的信息C1＝DSK_L(C2)，再用手机用户u的公钥(PK_U)对第一阶段加密后的信息C1进行解密，得到手机用户u的位置信息msg＝DPK_U(C1)；从而所述位置服务供应商l根据位置信息msg向手机用户u提供相应的位置服务；其中，DSK_L(·)表示解密函数函数；DPK_U(·)表示加密函数。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1、本发明通过向位置服务供应商颁发数字证书，以及通过编写智能合约函数确保了手机用户的授权对象的身份都是可靠的，同时也使得授权策略变得更加精准和灵活，手机用户位置隐私的安全性得到了提高。
2、本发明借助区块链网络中的Ca节点对位置服务供应商进行背书，并颁发相应的数字证书，使得位置服务供应商身份的可靠性得到了保证；同时只有颁发了数字证书并加入了区块链网络的位置服务供应商才能请求手机用户进行位置授权，从而确保了手机用户的授权对象都是可靠的，使得非法机构获取手机用户位置信息的可能性变低。
3、本发明借助手机用户注册之后获得的公钥对手机位置信息进行加密，在一定程度上保证了手机位置信息的安全，即使手机位置信息被非法获取，没有手机用户的私钥，也很难解密得到准确的手机位置信息。
4、本发明通过编写智能合约函数来为手机用户制定尽可能多的位置授权策略，手机用户在授权时传入相应的参数，这使得手机用户的位置授权策略相较以往更加精准和灵活。
5、本发明通过编写智能合约函数来管理手机用户的授权，当某用户u为某位置服务供应上商l制定的授权策略超出手机用户u设定的条件时，则该智能合约函数自动触发将该位置服务供应商l的授权信息从手机用户u的授权列表中移除；从而使得位置服务供应商很难在肆意获取手机用户的位置信息。
6、本发明采用手机用户和位置服务供应商注册时生成的公私秘钥对在位置信息传输时进行加密和解密，从而确保了位置信息的传输安全。
附图说明
图1为本发明的整体架构图；
图2为本发明的网络架构图。
具体实施方式
本实施例中，一种基于区块链隐私保护的智能手机云定位方法是按如下步骤进行的：
步骤一、区块链网络的构建：
具体的整体架构如图1所示：①手机生产厂家，其特点是负责区块链网络的运行与维护，同时通过配置管理员管理手机用户和位置服务供应商的证书；②手机用户，其特点是授权给位置服务供应商，允许位置服务供应商获取自身位置信息；③位置服务供应商，其特点是根据手机用户的位置信息，向手机用户提供位置服务；④区块链网络，网络架构如图2所示。
区块链网络最少由4台云服务器构成、且所有的云服务器上均设有同一份账本数据；令一台云服务器对应一家手机生产厂家；
每台云服务器上均部署有区块链节点，包括：Ca节点、Zookeeper节点、Kafka节点、Orderer节点、Peer节点；
Ca节点负责提供证书服务；
Zookeeper节点和Kafka节点负责实现集群和共识机制，并在部分区块链的节点宕机时使得区块链网络正常运行；
Orderer节点负责打包交易并生成区块；
Peer节点用于部署智能合约函数，以及提交交易；这里的智能合约函数指的是部署在Peer节点上的一段代码，当提取规定好的条件满足时，相应的智能合约函数就会自动调用执行。
表1为智能合约函数表；
函数名 描述信息 调用者
createAdmin 注册管理员 管理员
loginAdmin 管理员登录 管理员
addUser 管理员添加证书 管理员
getAdmin 管理员查询证书 管理员
deleteUser 管理员删除证书 管理员
loginUser 用户登录 手机用户、位置服务供应商
createUser 注册用户 手机用户、位置服务供应商
getAuthorizationInfo 查询授权信息 手机用户
addAuthorization 添加授权 手机用户
removeAuthorization 删除授权 手机用户
timeAuthorization 时间授权 手机用户
frequencyAuthorization 频率授权 手机用户
在所有的Peer节点上部署的智能合约函数如表1所示；在该实施方式中的手机用户对位置服务供应商的授权策略函数有时间授权函数timeAuthorization和频率授权函数frequencyAuthorization两种。timeAuthorization函数的参数为用户授权的时长；频率授权函数frequencyAuthorization的参数为手机用户允许位置服务供应商获取手机位置信息的次数；此外，还可以制定其他的智能合约授权函数；
手机用户通过SDK接入区块链网络，提交交易并获得交易结果；
每个手机生产厂家所在的每个云服务器对应若干个管理员、若干个手机用户以及若干个位置服务供应商；记其中任意一个手机用户为u，手机用户u所在的云服务器为cs1，云服务器cs1上的任意一个管理员为m1；记任意一个位置服务供应商为l，供应商l所在的云服务器为cs2，云服务器cs2上的任意一个管理员为m2；
手机生产厂家调用智能合约中的createAdmin函数提前生成管理员证书和管理员账号以及管理员的公私秘钥(PK_M,SK_M)；生成的公钥通常公开，公钥进行加密，私钥进行解密；私钥进行加密，公钥进行解密。
步骤二、账号注册/登录阶段和位置信息保护：
步骤2.1、手机生产厂家的管理员m1依照手机用户u的手机的唯一标识符IMEI调用智能合约中的addUser函数向云服务器cs1发起生成手机用户u的证书请求；
云服务器cs1上的Ca节点根据管理员m1的手机用户的证书请求来生成手机用户u的数字证书；
管理员m2利用位置服务供应商l的名字以及其他相关信息调用智能合约中的addUser函数向云服务器cs2发起生成供应商l的证书请求；
云服务器cs2上的Ca节点根据管理员m2的供应商的证书请求来生成位置服务供应商l的数字证书；
步骤2.2、手机用户u通过SDK接入区块链网络中，调用智能合约中的createUser函数注册登录账号，并得到一个包括公钥和私钥的秘钥对(PK_U，SK_U)；
位置服务供应商l通过SDK接入区块链网络中，调用智能合约中的createUser函数注册登录账号，并得到一个包括公钥和私钥的秘钥对(PK_L，SK_L)；
步骤2.3、手机用户u使用自己的公钥(PK_U)对自己的位置息信msg自动进行加密，并得到加密后的位置信息C＝EPK_U(msg)；其中，EPK_U(·)表示加密函数；
手机用户u使用自己的公钥对自己的位置信息进行加密，此时即使位置信息泄露，也是加密后的信息C；
步骤三、授权和取消授权阶段：
步骤3.1、位置服务供应商l向手机用户u发出获取手机位置的信息请求；
步骤3.2、手机用户u自动通过Peer节点调用智能合约中的查询授权信息函数getAuthorizationInfo查询位置服务供应商l的相关信息是否在自己的授权列表当中；
若在授权列表当中，则手机用户u将自己的位置信息传输给位置服务供应商l；
若不在授权列表当中，则由手机用户u自行决定是否授权给位置服务供应商l；
若手机用户u同意授权，则Peer节点调用智能合约中的授权函数将位置服务供应商l的相关信息添加到用户授权列表中；同时由手机用户u确定位置服务供应商l的授权策略为频率授权，以及指定授权的频率为3次，从而通过Peer节点调用智能合约中的频率授权函数frequencyAuthorization将该授权策略添加到授权列表当中位置服务供应商l的授权信息中；
授权频率指的是此次授权下，位置服务供应商l可以获取的手机用户u的位置信息的次数为3次；
当位置服务供应商获取手机用户u的位置信息的次数达到3次时，则Peer节点自动调用智能合约中的删除授权函数将位置服务供应商l的相关信息从手机用户u的授权列表当中移除；
若手机用户u不同意授权或者手机用户u未在规定的时间T内做出响应，则位置服务供应商l获取手机用户u位置信息失败；
步骤四、信息传送阶段：
步骤4.1、手机用户u使用自己的私钥(SK_U)对位置信息C进行解密得到位置信息msg＝DSK_U(C)；其中，DSK_U(·)表示解密函数；
由于位置信息的信息量比较小，故使用用户u和位置服务供应商l的公私秘钥直接进行加密传输。
步骤4.2、手机用户u先用自己的私钥(SK_U)对位置信息msg进行加密，得到第一阶段加密后的信息C1＝ESK_U(msg)，再用位置服务供应商l的公钥(PK_L)对第一阶段加密后的信息C1进行加密，得到第二阶段加密后的信息C2＝EPK_U(C1)，然后将第二阶段加密后的信息C2传输给位置服务供应商l；其中，ESK_U(·)表示加密函数；EPK_U(·)表示加密函数；
步骤4.3、位置服务供应商l收到信息C2后，对信息C2先用自己的私钥(SK_L)进行解密，得到信息C1＝DSK_L(C2)，再用手机用户u的公钥(PK_U)对信息C1进行解密，得到手机用户u的位置信息msg＝DPK_U(C1)；从而位置服务供应商l根据位置信息msg向手机用户u提供相应的位置服务；其中，DSK_L(·)表示解密函数函数；DPK_U(·)表示加密函数。

Claims (1)

1.一种基于区块链隐私保护的智能手机云定位方法，其特征是按如下步骤进行的：
步骤一、区块链网络的构建：
所述区块链网络最少由4台云服务器构成、且所有的云服务器上均设有同一份账本数据；令一台云服务器对应一家手机生产厂家；
每个手机生产厂家所在的每个云服务器均对应若干个管理员、若干个手机用户以及若干个位置服务供应商；记其中任意一个手机用户为u，手机用户u所在的云服务器记为cs1，云服务器cs1上的任意一个管理员记为m1；记任意一个位置服务供应商记为l，供应商l所在的云服务器记为cs2，云服务器cs2上的任意一个管理员记为m2；
所述手机生产厂家负责区块链网络的运行与维护，同时通过管理员管理手机用户和位置服务供应商的证书；
所述手机生产厂家提前生成管理员证书和管理员账号以及管理员的公私秘钥(PK_M,SK_M)；
每台云服务器上均部署有区块链的节点，包括：Ca节点、Zookeeper节点、Kafka节点、Orderer节点、Peer节点；
所述Ca节点负责提供证书服务；
所述Zookeeper节点和Kafka节点负责实现集群和共识机制，并在部分区块链的节点宕机时使得区块链网络正常运行；
所述Orderer节点负责打包交易并生成区块；
所述Peer节点用于部署智能合约，以及提交交易；
所述手机用户通过SDK接入区块链网络，提交交易并获得交易结果；
步骤二、账号注册/登录阶段和位置信息保护：
步骤2.1、手机生产厂家的管理员m1依照手机用户u的手机的唯一标识符IMEI向云服务器cs1发起生成手机用户u的证书请求；
云服务器cs1上的Ca节点根据管理员m1的手机用户的证书请求来生成手机用户u的数字证书；
管理员m2利用位置服务供应商l的名字以及其他相关信息向云服务器cs2发起生成供应商l的证书请求；
云服务器cs2上的Ca节点根据管理员m2的供应商的证书请求来生成位置服务供应商l的数字证书；
步骤2.2、手机用户u通过SDK接入区块链网络中注册登录账号，并得到一个包括公钥和私钥的秘钥对(PK_U，SK_U)；
所述位置服务供应商l通过SDK接入区块链网络中注册登录账号，并得到一个包括公钥和私钥的秘钥对(PK_L，SK_L)；
步骤2.3、手机用户u使用自己的公钥(PK_U)对自己的位置信息msg自动进行加密，并得到加密后的位置信息C＝EPK_U(msg)；其中，EPK_U(·)表示加密函数；
步骤三、授权和取消授权阶段：
步骤3.1、位置服务供应商l向手机用户u发出获取手机位置的信息请求；
步骤3.2、手机用户u自动通过所述Peer节点调用智能合约中查询用户授权列表的函数查询所述位置服务供应商l的相关信息是否在自己的授权列表当中；
若在授权列表当中，则手机用户u将自己的位置信息传输给位置服务供应商l；
若不在授权列表当中，则由手机用户u自行决定是否授权给位置服务供应商l；
若手机用户u同意授权，则所述Peer节点调用智能合约中的授权函数将位置服务供应商l的相关信息添加到用户授权列表中；同时由手机用户u确定位置服务供应商l的授权策略，从而通过所述Peer节点调用智能合约中的授权策略函数将相应的授权策略添加到授权列表的位置服务供应商l的授权信息中；
当手机用户u为位置服务供应商l制定的授权策略超出手机用户u设定的条件时，则所述Peer节点自动调用智能合约中的取消授权函数将位置服务供应商l的相关信息从手机用户u的授权列表当中移除；
若手机用户u不同意授权或者手机用户u未在规定的时间T内做出响应，则位置服务供应商l获取手机用户u位置信息失败；
步骤四、信息传送阶段：
步骤4.1、所述手机用户u使用自己的私钥(SK_U)对位置信息C进行解密得到位置信息msg＝DSK_U(C)；其中，DSK_U(·)表示解密函数；
步骤4.2、手机用户u先用自己的私钥(SK_U)对位置信息msg进行加密，得到第一阶段加密后的信息C1＝ESK_U(msg)，再用位置服务供应商l的公钥(PK_L)对第一阶段加密后的信息C1进行加密，得到第二阶段加密后的信息C2＝EPK_U(C1)，然后将第二阶段加密后的信息C2传输给所述位置服务供应商l；其中，ESK_U(·)表示加密函数；EPK_U(·)表示加密函数；
步骤4.3、位置服务供应商l收到第二阶段加密后的信息C2后，对第二阶段加密后的信息C2先用自己的私钥(SK_L)进行解密，得到第一阶段加密后的信息C1＝DSK_L(C2)，再用手机用户u的公钥(PK_U)对第一阶段加密后的信息C1进行解密，得到手机用户u的位置信息msg＝DPK_U(C1)；从而所述位置服务供应商l根据位置信息msg向手机用户u提供相应的位置服务；其中，DSK_L(·)表示解密函数；DPK_U(·)表示加密函数。
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