CN116541885A - 一种基于编码扰动的轨迹隐私保护方法 - Google Patents

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CN116541885A CN202310597796.2A CN202310597796A CN116541885A CN 116541885 A CN116541885 A CN 116541885A CN 202310597796 A CN202310597796 A CN 202310597796A CN 116541885 A CN116541885 A CN 116541885A
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王汝言
张鸿
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Abstract

本发明属于信息安全领域，具体涉及一种基于编码扰动的轨迹隐私保护方法，包括：对用户所处地理位置为矩形地理区域进行等面积划分，得到四元编码树；将每次划分后的四个兄弟子节点进行兄弟编码，将每个子节点与其父节点的编码进行串接，得到每个矩形在四元编码树中的唯一位置编码；将唯一位置编码分为多层编码，将相同编码层级的区域码按访问顺序串接；对不同层级的轨迹编码进行扰动，得到不同层级的扰动编码，用户将所有层的扰动编码串接后得到的完整轨迹编码。本发明提出基于四元树划分的轨迹编码方法，极大减少了真实轨迹数据的处理难度；为了保证用户上传的轨迹数据隐私，通过轨迹编码分层扰动方案，实现保护用户轨迹隐私。

Description

一种基于编码扰动的轨迹隐私保护方法
技术领域
本发明属于信息安全领域，具体涉及一种基于编码扰动的轨迹隐私保护方法。
背景技术
随着移动设备和位置服务的普及，轨迹数据的获取和利用已成为当今社会和经济中的一个重要问题。轨迹数据的使用已经成为智能手机、社交媒体、零售、物流等众多领域的关键因素。然而，轨迹数据的使用也带来了许多隐私和安全方面的担忧。轨迹数据泄露可能会导致用户的个人信息被公开，或者被滥用用于追踪用户的行踪和活动，甚至可能导致身份盗窃等问题。因此，轨迹隐私已成为一个重要的研究领域。轨迹隐私技术旨在保护用户的轨迹信息不被未经授权的访问或使用。这些技术包括但不限于匿名化、加密、伪装、限制数据收集等。这些技术可以帮助用户更好地掌控自己的位置数据，并确保这些数据仅用于用户授权的目的。
近年来，基于位置服务(LBS)的激增导致了人们对轨迹隐私的日益关注。被泄露的用户轨迹可能被用于不良用途，例如进行精准广告投放、进行商业竞争等。用户希望自身的轨迹隐私得到保护，避免受到不必要的侵扰。位置服务商希望获取消费者尽可能准确的轨迹信息，处理并进行分析，带来收益。然而现有的轨迹隐私保护技术不能很好抵御所有可能的攻击，且大多通过牺牲轨迹数据时空相关性来获取相对高的隐私保护程度，忽略了轨迹时空相关性的潜在价值，不能满足市场需求。
尽管轨迹隐私技术已经得到了广泛的研究和应用，但是这些技术仍然存在许多局限性和缺陷。以下是一些主要的缺点：
1.现有的轨迹隐私保护方案大多破坏了轨迹数据的时空相关性，忽视了轨迹数据时空相关性重要程度。
2.某些轨迹隐私保护技术可能需要进行复杂的数据处理，导致较高的计算开销。
3.一些轨迹隐私保护技术有查询速度减慢、推荐不准确等问题。这可能会影响用户对轨迹隐私保护技术的使用意愿。
4.现有的轨迹隐私保护技术可能存在攻击和漏洞，例如识别攻击、推理攻击、辅助信息攻击等。而假名、泛化、假位置/轨迹都依赖于攻击者的背景知识，缺乏对攻击模型的合理假设。
5.为了保护用户的轨迹隐私，现有技术可能会采用模糊化、扰动、伪装等方法对轨迹信息进行处理，过度的模糊化可能导致轨迹信息的精确性下降，会影响到一些依赖精确位置信息的应用和服务的可用性和效果。
综上所述，现有轨迹隐私技术仍然需要进一步的改进和研究，以提高其精度、实用性、效率、安全性和用户体验。因此，迫切需要设计可用性增强的轨迹隐私保护方法。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提出一种基于编码扰动的轨迹隐私保护方法，包括以下步骤：
S1：区域划分：以用户的轨迹区域为矩形地理区域进行第一次划分为四个面积相等的小矩形，将每个小矩形进行第二次等分为更小的矩形，进行多次划分得到四元编码树；
S2：区域编码：将被划分的四个小矩形作为兄弟子节点、被划分的大矩形作为父节点，将每次划分后的四个兄弟子节点进行兄弟编码，将每个子节点与其父节点的编码进行串接，得到每个矩形在四元编码树中的唯一位置编码；
S3：轨迹编码：将每个矩形在四元编码树中的唯一位置编码分为多层编码，按访问先后顺序列出经过所有区域的区域编码，将相同层级的区域编码按访问顺序串接，得到层级轨迹编码；
S4：轨迹编码扰动：对不同层级的轨迹编码选用扰动方案进行扰动，得到不同层级的扰动编码，用户将所有层的扰动编码串接后得到的完整轨迹编码。
本发明的有益效果：
本发明首先提出一种基于四元树划分的轨迹编码方法，极大减少了真实轨迹数据的处理难度，进一步，为了保证用户上传的轨迹数据隐私，设计了一种轨迹编码分层扰动方案，仅需对需要保护的层级进行扰动，不改其他层级，能够在保护用户轨迹隐私的同时，满足用户获取服务的需求。
附图说明
图1为本发明所述的泛化单元方位编码图；
图2为本发明的一种基于编码扰动的轨迹隐私保护方法编码示意图。
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。
一种基于编码扰动的轨迹隐私保护方法，具体包括以下步骤：
S1：区域划分：将矩形地理区域进行第一次划分为四个面积相等的小矩形，将每个小矩形进行第二次等分为更小的矩形，进行多次划分直到满足设定精度要求则停止划分，得到四元编码树；
S2：区域编码：将被划分的四个小矩形作为兄弟子节点、被划分的大矩形作为父节点，将每次划分后的四个兄弟子节点进行兄弟编码，将每个子节点与其父节点的编码进行串接，得到每个矩形在四元编码树中的唯一位置编码；
S3：轨迹编码：将每个矩形在四元编码树中的唯一位置编码分为多层编码，按访问先后顺序列出经过所有区域的区域编码，将相同编码层级的区域码按访问顺序串接，得到层级轨迹编码；
S4：轨迹编码扰动：对不同层级的轨迹编码进行扰动，得到不同层级的扰动编码，用户将所有层的扰动编码串接后得到的完整轨迹编码。
将用户能够接受的服务质量设定区域网格划分的精度；数据精度跟网格划分大小相关，进行位置扰动的时候，如果网格划分得大，真实位置与扰动位置的偏移程度就大，将扰动位置发送给位置服务商获取服务的可能会产生偏差，不能满足用户所需的服务要求即数据精度要求；所以要根据用户所能接受的服务质量设定数据精度，进一步调整网格大小。
所述用户能够接受的服务质量为用户向位置服务商提交访问轨迹精度为多少轨迹记录的请求，位置服务商将相应精度的加密轨迹数据给用户，假设用户真实位置为A，扰动后的位置为B，为了保护隐私将B上传，位置服务商就会提供基于B的服务，与基于A的服务是有偏差的，所以服务质量会下降，将a所在的格子扰动到另一个格子得到b，所以格子小的话，原始位置和扰动位置偏离就不会很大，服务质量也在用户的接受范围。
如图1所示，将四个小矩形分别编码为00、01、11、10，此为小矩形区域的兄弟码，代表其在同一父节点下的兄弟编号。
如图2所示，第一层的编码深度层为2，第二层编码深度为1，按时间先后顺序将先将第一层编码串接得到第一层轨迹编11001010，然后再将第二层编码串接得到0101，最终得到唯一编码11001010-0101。小矩形区域获得兄弟码后，将其与父节点唯一编码进行串接得到其在四元编码树中的唯一编码，如00101100，称为位置码。连续两位编码为最小单元，将唯一的位置码分为多层编码，如00101100可分为三层，第1～3层分别为00、1011和00。
对不同层级轨迹编码采取不同保护级别的扰动方案，根据扰动方案采用本地差分隐私算法进行扰动，如将某一层B向量化得到独热向量A，再进行随机扰动；层级越高的编码保护级别越高，低层级的编码甚至可以不使用扰动技术保护。
在本实施例中，扰动位置P和Q的区域编码为(1100-01)和(1010-01)，则轨迹P→Q的编码为(11001010-0101)，为保护数据的可用性，只对第2层轨迹编码0101进行扰动得到扰动后的轨迹编码。
用户将所有层的扰动编码串接后发送给服务器；服务器利用统计学方法，得到每一条轨迹出现频次的估计值，根据每一条轨迹出现频次的估计值评估该轨迹编码的可用性。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (5)

1.一种基于编码扰动的轨迹隐私保护方法，其特征在于，包括：
S1：区域划分：以用户的轨迹区域为矩形地理区域进行第一次划分为四个面积相等的小矩形，将每个小矩形进行第二次等分为更小的矩形，进行多次划分得到四元编码树；
S2：区域编码：将被划分的四个小矩形作为兄弟子节点、被划分的大矩形作为父节点，将每次划分后的四个兄弟子节点进行兄弟编码，将每个子节点与其父节点的编码进行串接，得到每个矩形在四元编码树中的唯一位置编码；
S3：轨迹编码：将每个矩形在四元编码树中的唯一位置编码分为多层编码，按访问先后顺序列出经过所有区域的区域编码，将相同层级的区域编码按访问顺序串接，得到层级轨迹编码；
S4：轨迹编码扰动：对不同层级的轨迹编码选用扰动方案进行扰动，得到不同层级的扰动编码，用户将所有层的扰动编码串接后得到的完整轨迹编码。
2.根据权利要求1所述的一种基于编码扰动的轨迹隐私保护方法，其特征在于，所述设定精度要求，包括：
将用户能够接受的服务质量设定区域网格划分的精度；所述用户能够接受的服务质量为用户向位置服务商提交访问轨迹记录的请求，位置服务商将加密的轨迹数据给用户。
3.根据权利要求1所述的一种基于编码扰动的轨迹隐私保护方法，其特征在于，将每次划分后的四个兄弟子节点进行兄弟编码，包括：
将每次划分构的四个兄弟子节点分别编码为00、01、11、10，得到小矩形区域的兄弟码，代表其在同一父节点下的兄弟编号。
4.根据权利要求1所述的一种基于编码扰动的轨迹隐私保护方法，其特征在于，将每个矩形在四元编码树中的唯一位置编码分为多层编码，包括：
通过属于兄弟节点区域的编码作为同一层编码的方式将所有矩形的唯一位置编码进行划分，得到多层编码。
5.根据权利要求1所述的一种基于编码扰动的轨迹隐私保护方法，其特征在于，所述对不同层级的轨迹编码选用不同扰动方案，包括：
根据层级越高的编码保护级别越高的方式对不同层级的轨迹编码选用不同保护级别的扰动方案进行扰动。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20200034566A1 (en) * 2018-07-24 2020-01-30 Arizona Board Of Regents On Behalf Of Arizona State University Systems, Methods, and Apparatuses for Implementing a Privacy-Preserving Social Media Data Outsourcing Model
CN111475596A (zh) * 2020-04-05 2020-07-31 中国人民解放军国防科技大学 一种基于多层级轨迹编码树的子段相似性匹配方法
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