一种具有隐私保护特性的动态频谱分配方法组成比例

本发明专利技术涉及一种具有隐私保护特性的动态频谱分配方法，设计模块化的用户隐私保护机制，通过采用密码学工具和安全多方计算，能够提供用户全方位的隐私保护，包括地理位置，出价值，对频谱的需求量等。解决频谱拍卖过程中用户隐私信息泄露的问题。整个过程中，确保建立了安全拍卖协议的步骤，不会有任何隐私泄漏，同时确保在引入隐私保护机制后，频谱拍卖模型保持原有的经济学特性，维护频谱市场的公平性。

【技术实现步骤摘要】
一种具有隐私保护特性的动态频谱分配方法
本专利技术属于网络安全领域，涉及一种具有隐私保护特性的动态频谱分配方法。技术背景随着无线通讯产业的快速发展，频谱这种通讯资源逐渐变得稀缺。传统的静态频谱分配的方案将频谱长时间地分配给固定用户，例如广播电视服务商或者移动运营商等使用者。但是在实际情况中，频谱的现任所属人在大多数时间并没有使用分配的频谱资源进行数据传输，所拥有的频谱资源长期处于闲置状态，没有得到有效利用。对比之下，存在着大量的需要频谱服务的无线网络用户，例如依靠共享频谱运营的无牌照的无线传输业务(如Wi-Fi)。为了提高频谱资源的利用率，减少频谱稀缺带来的问题。研究者提出，通过频谱拍卖的方式，将频谱资源动态分配，确保公平性的同时提高分配的效率。在传统的频谱拍卖中，一般委托可信的第三方担任拍卖商，用户(包括卖家和买家)将参与拍卖的信息，如卖家的要价、买家的出价地理位置及频谱需求量，提交给拍卖商，拍卖商运行特定的频谱拍卖机制，决定拍卖的结果。在设计频谱拍卖机制的过程中，需要考虑到频谱的可复用性和拍卖的真实性。频谱的可复用性是指，多个用户只要他们两两之间互不干扰，他们可以用同一频谱信道传输数据，从而提高频谱资源的利用率。拍卖的真实性是一种经济学特性，是指在频谱拍卖的过程中，卖家和买家的出价和要价应该能够反映其使用频谱所能获得的真实价值。从而防止用户对价格的恶意操控，最终实现社会福利的最优化，拍卖的真实性可以通过设计合理的拍卖机制实现。除此之外，现有的频谱拍卖方案大多关注同质频谱拍卖，而现实生活中，卖家提供的频谱往往是异构的，拥有不同的干扰域，用户对不同的频谱往往有不同的偏好和出价值，所以设计异构频谱的拍卖方案有很强的实际应用价值。为了保证频谱拍卖过程中的真实性、可复用性、异构性，竞标者需要将其对不同频谱的真实估值作为出价值、用户的地理位置实现频谱的复用并传送给拍卖方。而这些信息属于用户的私人隐私信息，比如用户的出价值能够反映投标人的经济情况和获得频谱的利润，用户的地理位置会泄露用户的商业模式和无线服务提供商。总之，这些敏感信息一旦泄露，会给知情的实体提供信息优势，给被泄露者带来经济损失。所以，设计一套能够保护用户全方位隐私信息的频谱拍卖系统势在必行。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有的方案对用户隐私信息保护的不足，提供一种具有隐私保护特性的动态频谱分配方法。为了实现上述目的，本专利技术所设计的具有隐私保护特性的动态频谱分配方法，其特征在于：S1代理方生成并公布加密密匙，并将公匙公开；S2卖家买家分别将拍卖信息通过代理方的公匙加密并传递给拍卖方；S3拍卖方根据加密后位置信息，对相同频谱需求的买家进行频谱传输干扰分析，将不产生频谱干扰的买家分到相同的组，得到买家分组；S4以组为单位求出买家分组的最小出价值；S5将匹配成功的买家分组根据出价值由大到小进行排序，然后将匹配成功的卖家的出价值由小到大进行排序，然后找到相应的最大的K值，使得第K大的买家分组的出价值大于等于第K小的卖家的要价值，然后将前K-1组出价值最大的买家分组加入备选项Gc和将前K-1组出价值最小的卖家加入备选项Sc中；S6将备选项Gc和备选项Sc中能匹配的买家和卖家加入赢家集合Sw中；S7在赢家集合中按步骤s5中的排序和比较方式找出第k组作为最终的频谱分配结果，完成频谱分配过程。进一步地，步骤s3中两两买家使用相同频谱传输是否相互干扰的判断公式为：E((xi-xj)2+(yi-yj)2)＜E((2rc)2)其中wi和wj表示两买家，两个买家wi和wj提供的加密的位置信息(E(xi),E(yi))和(E(xj),E(yj))，两买家使用频谱sc的干扰半径E(rc)。更进一步地，所述频谱传输是否相互干扰的判断公式，根据同态加密的性质结合混淆电路进行判断，具体包括：S3.1根据同态加密的性质，拍卖商可以完成俩密文之间的加法减法操作；对于密文E(a)和E(b)，可得E(a+b)＝E(a)·E(b)，E(a-b)＝E(a)·E(b)-1；由此，拍卖商得到E(xi-xj)，E(yi-yj)和E(2rc)的值；S3.2拍卖商首先生成两个随机数ra和rb，并根据步骤1中的密文加法操作，得到E(a+ra)和E(b+rb)并传输给代理方；代理方通过解密秘钥进行解密，得到(a+ra)和(b+rb)并在明文域上获取(a+ra)·(b+rb)；代理方做加密后将E((a+ra)·(b+rb))传递给拍卖方；拍卖方根据步骤1中密文的加法减法运算，得到E(a·b)＝E((a+ra)·(b+rb))·E(a)-rb·E(b)-ra·E(rarb)-1；综上，拍卖商通过与代理方的协作，可以获取E((xi-xj)2)和E((yi-yj)2)，进而得到E((xi-xj)2+(yi-yj)2)和E((2rc)2)的值；S3.3拍卖商将E(a+ra)，E(b+rb)，混淆电路以及ra和rb的混淆值传输给代理方；代理方解密得到(a+ra)和(b+rb)，并通过与拍卖方进行无视传输(oblivioustransfer)得到(a+ra)和(b+rb)的混淆值；然后拍卖商和代理方共同运行附图二(b)所示的加密电路，得到比较结果x，若x＝0则a＜b，否则a≥b；综上，拍卖商通过与代理方的合作，比较两密文E((xi-xj)2+(yi-yj)2)和E((2rc)2)的大小，从而判断公式E((xi-xj)2+(yi-yj)2)＜E((2rc)2)是否成立。再进一步地，步骤s4中买家分组gi中所有的买家wj对他们匹配到的频谱σ(gi)的最小出价值，根据步骤s3.3方法，逐对判断两两买家出价的密文值的大小，然后选取出价值较低的那一个，依次和下一个出价密文对比，最终求得出价值中的最小值进行计算。再进一步地，所述买家分组的出价排序和卖家出价排序均采用s3.3的方法，先判断相比较的密文大小，然后进行排序。本专利技术的优点在于：1、拍卖过程中安全性、高效性和正确性之间的平衡。本专利技术采用安全有效的同态加密算法对用户的数据信息进行加密，同时利用加密电路等密码学技术，设计出一系列对密文数据的操作。同时计算开销和通信开销在拍卖方和代理方角度应该都是可以接受的，不会为参与者带来过多的拍卖开销，并保障算法的正确可靠。2、本专利技术设计的具有隐私保护特性的动态频谱分配机制能够扩展用于各种频谱分配模型。我们针对频谱分配模型共有的重要阶段，设计模块化的用户隐私保护机制，使得各模块可以方便地被修改、更新和拓展，将隐私保护机制应用于具体的频谱分配模型。附图说明图1为本专利技术实施的系统流程图。图2为本专利技术提出的安全比较协议的流程图。图3为本专利技术提出的安全比较协议的加密电路结构图。图4为本专利技术具体实施例中买家分组和卖家之间的匹配结果。图5为本专利技术具体实施例中频谱分配结果。图6为本专利技术的效率对比图之用户满意度。图7为本专利技术的效率对比图之社会利益。图8为本专利技术的系统时间开销之卖家数量变化。图9为本专利技术的系统时间开销之买家数量变化。图10为本专利技术的方案的系统传输开销之卖家数量变化。图11为本专利技术的方案的系统传输开销之买家数量变化。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步的详细描述：本专利技术所设计的具有隐私保护特性的动态频谱分配方法，具体如本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有隐私保护特性的动态频谱分配方法，其特征在于：S1代理方生成并公布加密密匙，并将公匙公开；S2卖家买家分别将拍卖信息通过代理方的公匙加密并传递给拍卖方；S3拍卖方根据加密后位置信息，对相同频谱需求的买家进行频谱传输干扰分析，将不产生频谱干扰的买家分到相同的组，得到买家分组；S4以组为单位求出买家分组的最小出价值；S5将匹配成功的买家分组根据出价值由大到小进行排序，然后将匹配成功的卖家的出价值由小到大进行排序，然后找到相应的最大的K值，使得第K大的买家分组的出价值大于等于第K小的卖家的要价值，然后将前K‑1组出价值最大的买家分组加入备选项Gc和将前K‑1组出价值最小的卖家加入备选项Sc中；S6将备选项Gc和备选项Sc中能匹配的买家和卖家加入赢家集合Sw中；S7在赢家集合中按步骤s4中的排序和比较方式找出第k组作为最终的频谱分配结果，完成频谱分配过程。

【技术特征摘要】
1.一种具有隐私保护特性的动态频谱分配方法，其特征在于：S1代理方生成并公布加密密匙，并将公匙公开；S2卖家买家分别将拍卖信息通过代理方的公匙加密并传递给拍卖方；S3拍卖方根据加密后位置信息，对相同频谱需求的买家进行频谱传输干扰分析，将不产生频谱干扰的买家分到相同的组，得到买家分组；S4以组为单位求出买家分组的最小出价值；S5将匹配成功的买家分组根据出价值由大到小进行排序，然后将匹配成功的卖家的出价值由小到大进行排序，然后找到相应的最大的K值，使得第K大的买家分组的出价值大于等于第K小的卖家的要价值，然后将前K-1组出价值最大的买家分组加入备选项Gc和将前K-1组出价值最小的卖家加入备选项Sc中；S6将备选项Gc和备选项Sc中能匹配的买家和卖家加入赢家集合Sw中；S7在赢家集合中按步骤s4中的排序和比较方式找出第k组作为最终的频谱分配结果，完成频谱分配过程。2.根据权利要求1所述的具有隐私保护特性的动态频谱分配方法，其特征在于：步骤s3中两两买家使用相同频谱传输是否相互干扰的判断公式为：E((xi-xj)2+(yi-yj)2)＜E((2rc)2)其中wi和wj表示两买家，两个买家wi和wj提供的加密的位置信息(E(xi),E(yi))和(E(xj),E(yj))，两买家使用频谱sc的干扰半径E(rc)。3.根据权利要求2所述的具有隐私保护特性的动态频谱分配方法，其特征在于：所述频谱传输是否相互干扰的判断公式，根据同态加密的性质结合混淆电路进行判断，具体包括：S3.1根据同态加密的性质，拍卖商可以完成俩密文之间的加法减法操作；对于密文E(a)和E(b)，可得E(a+b)＝E(a)·E(b)，E(a-b)＝E(a)·E(b)-1；由此，拍卖商得到E(xi-xj)，E(yi-yj)和E(2rc)的值；S3.2拍卖商首先生成两个随机数ra和...

【专利技术属性】
技术研发人员：王骞，陈艳姣，黄晶，田歆，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42