一种基于匹配和差分隐私保护的频谱双边拍卖方法技术

本发明专利技术公开了一种基于匹配和差分隐私保护的频谱双边拍卖方法，基于差分隐私保护，在参与频谱拍卖的卖家和买家上传的投标价格中加入符合几何分布的噪声，从而保护投标价格的隐私性，根据拍卖中间商获取的加入噪声的投标价格，采用匹配的方法来确定拍卖获胜的卖家和买家，并且将拍卖获胜的卖家所拥有的频谱分配给获胜的买家。本发明专利技术的优势在于：差分隐私保护较已有的加密算法，能更简单有效的保护拍卖买家和卖家的隐私信息，并且降低算法的复杂度，提高整个拍卖过程的效率，具有实际可行性；相比现有的频谱拍卖算法，差分有隐私保护能够在保护卖家和买家投标信息的隐私的前提下，高效地完成频谱双边拍卖。

A Spectrum Bilateral Auction Method Based on Matching and Differential Privacy Protection

The invention discloses a spectrum bilateral auction method based on matching and differential privacy protection. Based on differential privacy protection, geometric noise is added to the bidding price uploaded by sellers and buyers participating in spectrum auction, thereby protecting the privacy of bidding price. According to the bidding price of adding noise obtained by auction intermediaries, matching method is adopted to determine the auction price. The winning seller and buyer distribute the spectrum owned by the winning seller to the winning buyer. The advantages of the present invention are that the differential privacy protection is more simple and effective than the existing encryption algorithm in protecting the privacy information of auction buyers and sellers, and reduces the complexity of the algorithm and improves the efficiency of the whole auction process. Compared with the existing spectrum auction algorithm, the differential privacy protection can protect the privacy of bidding information of sellers and buyers. Under this condition, the spectrum bilateral auction can be completed efficiently.

【技术实现步骤摘要】
一种基于匹配和差分隐私保护的频谱双边拍卖方法
本专利技术属于网络通信领域，具体地说是提出了一种基于匹配和差分隐私保护的频谱双边拍卖方法，用以保护拍卖参与者的投标信息的隐私。
技术介绍
双边拍卖方法广泛用于当前的频谱交易，而在现有的双边拍卖设计中，通常将需求相同频谱的买家进行分组，并形成一个超级买家，然后每个超级买家进行出价。因此，双边拍卖被转变为多个单一卖家-超级买家的拍卖过程。这可能导致拍卖不真实，因为买家可以操纵他们的出价以减少他们在超级买家出价中的份额，同时该超级买家也赢得拍卖。另一方面，现有的频谱拍卖方法要求每个参与者上传其真实投标价格，而一旦上传了参与者的真实投标价格，其他参与者可以根据拍卖结果推断出参与者的估值。然而，大多数现有的频谱拍卖机制不考虑隐私保护拍卖或仅仅关注单边拍卖中的投标隐私。然而，很少研究如何设计隐私保护双边拍卖方法。以前，加密是设计隐私保护方法的主要工具，但它经常会产生很高的计算和通信开销，并且加密机制的性能可能会受到很大影响。差分隐私是当今隐私保护领域的研究热点。差分隐私保护的概念，旨在提供有关数据库的极其准确的信息，同时确保非常高的隐私水平。直观地，差分隐私使得可以从私人统计数据库收集和共享聚合信息，同时保持个人用户的数据完全私密。因此，当利用差分隐私时，几乎没有人能够对参与者的出价做出准确的推断，同时防止一些外部观察者或攻击者学习参与者的特定信息。所有，设计基于匹配和差分隐私保护的频谱双边拍卖方法有利于提高频谱分配的效率与真实性，并且保护参与者的投标信息的隐私。
技术实现思路
本专利技术针对大多数现有的频谱拍卖机制不考虑隐私保护拍卖或仅仅关注单边拍卖中的投标隐私的问题，提出了一种基于匹配和差分隐私保护的频谱双边拍卖方法。本专利技术的技术方案是：一种基于匹配和差分隐私保护的频谱双边拍卖方法，该方法包括以下步骤：S1：买家和卖家分别对频谱进行出价，然后在投标价格中加入符合几何分布的噪声，再将有噪声的投标价格上传至拍卖中间商；S2：拍卖中间商收到买家和卖家上传的投标价格后，先对投标价格进行解密，然后确定拍卖的清算价格，最后确定获胜的买家和卖家；S3：拍卖中间商根据获胜的买家之间构成的冲突图和偏好，将获胜的卖家所拥有的频谱分配给获胜的买家。进一步地，一种基于匹配和差分隐私保护的频谱双边拍卖方法，所述的步骤S1具体为：S101：每个卖家增加一个符合几何Geom(α)分布的噪声其中i＝1，2，3，...m，m表示卖家的个数。表示卖家si的投标价格加入噪声之后的投标价格，每个买家增加一个符合几何Geom(α)分布的噪声其中j＝1，2，3，...n，n表示买家的个数。表示买家rj的投标价格加入噪声之后的投标价格，S102：拍卖中间商选取随机参数g和m+1个随机密钥sk0，sk1，...，skm，并且sk0＝-(sk1+sk2+…+skm)；每个卖家获得密钥ski，拍卖中间商获得密钥sk0；卖家si使用密钥ski将加入噪声的投标价格进行加密，加密公式为：其中H(·)表示哈希函数，拍卖中间商再选取n+1个随机密钥sl0，sl1，...，sln，并且sl0＝-(sl1+sl2+…+sln)；每个买家获得密钥slj，拍卖中间商获得密钥sj0；买家rj使用密钥slj将加入噪声的投标价格进行加密，加密公式为：S103：每个卖家si和买家rj将加密之后的有噪声的投标价格上传至拍卖中间商。进一步地，一种基于匹配和差分隐私保护的频谱双边拍卖方法，所述的步骤S2具体为：S201：拍卖中间商使用密钥sk0将所有卖家上传的加密之后的有噪声的投标价格的总和进行解密，解密公式为：由于并且ski的总和为0，所以解密公式变为：S202：拍卖中间商通过下述公式获得卖家的投标价格总和；S203：拍卖中间商使用密钥sl0将所有买家上传的加密之后的有噪声的投标价格的总和进行解密，解密公式为：由于并且sli的总和为0，所以解密公式变为：S204：拍卖中间商通过下述公式获得买家的投标价格；S205：拍卖中间商解密所有卖家和买家的投标价格后，根据投标价格的大小，对所有卖家进行升序排列；然后对所有买家进行降序排列；S206：拍卖中间商采用下述公式确定拍卖的清算价格；进一步地，一种基于匹配和差分隐私保护的频谱双边拍卖方法，所述的步骤S3具体为：S301：针对每个获胜的卖家si，所有的获胜买家构成一个冲突关系图在冲突关系图中，每个顶点表示买家rj，两个顶点之间的连线表示这两个买家同时使用卖家si的频谱会产生干扰；S302：拍卖中间商采用多对多的匹配算法，从买家排序队列R1中的出价最高的买家开始，根据的偏好，把分配给最想要接入的卖家，然后依次分配队列R1中剩余的买家，当出现多个买家最想要接入同一个频谱的情况，判断这些买家在S301步骤中确定的冲突关系图中是否存在干扰，如果存在干扰，则把还未分配频谱的买家分配给它第二想要接入的卖家的频谱；如果不存在干扰，则把这些互不干扰的买家分配给同一个卖家；一直到买家排序队列R1中的买家全部分配完毕。本专利技术的技术优势：1.在没有高额计算量和通信开销的情况下保护拍卖参与者的隐私；2.采用多对多的匹配方法，在考虑参与者的偏好的前提下，实现获胜参与者的频谱分配；3.与现有的双边频谱拍卖方法进行对比，在频谱分配效率和参与者隐私保护方面实现更好的性能。附图说明图1为本专利技术的机制框图。图2为成功分配的获胜买家的个数。图3为获胜卖家的收益。图4为获胜买家的满意度。图5为差分隐私保护效率。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术做进一步地说明。本专利技术是根据匹配理论和差分隐私保护的技术特点，设计的一种基于匹配和差分隐私保护的频谱双边拍卖方法，重点解决以下两个问题：(1)拍卖的参与者必须向拍卖中间商上传他们的真实投标信息以便在双边拍卖中确定价格，而其他参与者可能会根据双边拍卖的结果推断出该参与者的真实估值，这使得它受到关键信息泄漏的问题。(2)现有的双边拍卖方法中，获胜的买家和卖家的设计方法缺乏对参与者偏好的考虑。本专利技术的主要思想是：将差异隐私机制和匹配理论与双边拍卖相结合，以实现投标价格信息的隐私保护和参与者收入的最大化。具体来说，一种基于匹配和差分隐私保护的频谱双边拍卖方法，该方法包括以下步骤：S1：买家和卖家分别对频谱进行出价，然后在投标价格中加入符合几何分布的噪声，再将有噪声的投标价格上传至拍卖中间商；S101：每个卖家增加一个符合几何Geom(α)分布的噪声其中i＝1，2，3，...m，m表示卖家的个数。表示卖家si的投标价格加入噪声之后的投标价格，每个买家增加一个符合几何Geom(α)分布的噪声其中j＝1，2，3，...n，n表示买家的个数。表示买家rj的投标价格加入噪声之后的投标价格，S102：拍卖中间商选取随机参数g和m+1个随机密钥sk0，sk1，...，skm，并且sk0＝-(sk1+sk2+…+skm)；每个卖家获得密钥ski，拍卖中间商获得密钥sk0；卖家si使用密钥ski将加入噪声的投标价格进行加密，加密公式为：其中H(·)表示哈希函数，拍卖中间商再选取n+1个随机密钥sl0，sl1，...，sln，并且sl0＝-(sl1+sl2+…+sln)；每个买家获得密钥slj，拍卖中间商获得密钥sj本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于匹配和差分隐私保护的频谱双边拍卖方法，其特征在于该方法包括以下步骤：S1：买家和卖家分别对频谱进行出价，然后在投标价格中加入符合几何分布的噪声，再将有噪声的投标价格上传至拍卖中间商；S2：拍卖中间商收到买家和卖家上传的投标价格后，先对投标价格进行解密，然后确定拍卖的清算价格，最后确定获胜的买家和卖家；S3：拍卖中间商根据获胜的买家之间构成的冲突图和偏好，将获胜的卖家所拥有的频谱分配给获胜的买家。

【技术特征摘要】
1.一种基于匹配和差分隐私保护的频谱双边拍卖方法，其特征在于该方法包括以下步骤：S1：买家和卖家分别对频谱进行出价，然后在投标价格中加入符合几何分布的噪声，再将有噪声的投标价格上传至拍卖中间商；S2：拍卖中间商收到买家和卖家上传的投标价格后，先对投标价格进行解密，然后确定拍卖的清算价格，最后确定获胜的买家和卖家；S3：拍卖中间商根据获胜的买家之间构成的冲突图和偏好，将获胜的卖家所拥有的频谱分配给获胜的买家。2.根据权利要求1所述的一种基于匹配和差分隐私保护的频谱双边拍卖方法，其特征在于，所述的步骤S1具体为：S101：每个卖家增加一个符合几何分布Geom(α)的噪声其中i＝1，2，3，...m，m表示卖家的个数。表示卖家si的投标价格加入噪声之后的投标价格，每个买家增加一个符合几何分布Geom(α)的噪声其中j＝1，2，3，...n，n表示买家的个数。表示买家rj的投标价格加入噪声之后的投标价格，S102：拍卖中间商选取随机参数g和m+1个随机密钥sk0，sk1，...，skm，并且sk0＝-(sk1+sk2+…+skm)；每个卖家获得密钥ski，拍卖中间商获得密钥sk0；卖家si使用密钥ski将加入噪声的投标价格进行加密，加密公式为：其中H(·)表示哈希函数，拍卖中间商再选取n+1个随机密钥sl0，sl1，...，sln，并且sl0＝-(sl1+sl2+…+sln)；每个买家获得密钥slj，拍卖中间商获得密钥sj0；买家rj使用密钥slj将加入噪声的投标价格进行加密，加密公式为：S103：每个卖家si和买家rj将加密之后的有噪声的投标价格上传至拍卖中间商。3...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡峰，陈兵，邓海，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32