一种保护位置隐私的量子近邻查询方法技术

本发明专利技术公开了一种保护位置隐私的量子近邻查询方法，其特征在于存在两个参与方，用户和基于位置服务的服务器，双方约定在服务区域引入坐标系，并将服务区域进行网格划分。用户根据网格划分情形将自己的地理位置信息转换为一个特定的数值，即所处点的网格编号，并根据该数值和可查询的近邻范围，利用不经意量子密钥分配和一次一密方法，可以更加方便快捷从基于位置服务的服务器获取到周边的个性化服务点。本发明专利技术能够同时保护查询用户的位置隐私和LBS数据库的安全性，而且能够降低LBS服务器的计算代价，减少通信双方的数据传输量，降低通信开销。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及基于位置服务和隐私查询领域，具体地说是一种保护位置隐私的量子近邻查询方法。
技术介绍
近年来，随着移动终端，无线通信技术和定位技术的迅猛发展，用户可以利用移动终端随时随地的获取自己的地理位置。移动终端和定位技术的结合促使了LBS的出现，也得到了国内外研究者的广泛关注，使得LBS得到了快速的发展。LBS是指用户利用移动终端，室内室外定位技术和无线通信技术获取自己的位置信息，在地理信息系统(GeographicInformationSystem，GIS)的支持下，通过无线通信技术向服务提供商(ServiceProvider，SP)发送位置信息和查询请求，并从SP获取查询服务。但一般的SP并没有为用户的位置信息提供安全有效的保护措施，位置信息的泄露严重侵犯了用户的个人隐私，甚至威胁着用户的安全。因此2003年，Gruteser和Grunwald提出了首个位置隐私保护方案，该方案应用了数据库k-匿名隐私模型，2009年，Chow等人提出了一个基于位置服务的隐私保护方案，从系统架构方面对位置隐私方案进行了总结，随后又有许多位置隐私保护方案相继被提出。现有的经典位置隐私保护方案的安全性大多数基于k-匿名隐私模型、空间变换技术、位置干扰技术和隐私保护信息检索(PrivateInformationRetrival，PIR)。k-匿名隐私模型和位置干扰技术由于引入许多虚假位置来混淆用户的真实位置，导致服务器的计算量激增，严重影响查询效率；空间变换技术的隐私保护强度完全依赖Hilbert填充曲线的五元参数的安全性，强度不可调节；同样PIR的隐私保护强度依赖于固化密钥的安全性，也不支持动态调节。除此之外，大多数经典位置隐私保护方案的安全性是基于计算困难性的，例如，大整数因数分解问题和离散对数问题，这些困难性问题涉及到很多大整数的模幂运算，需要花费很多的计算资源，增加计算的复杂度。而且随着计算机计算能力的提高，特别是量子计算机的出现，经典位置隐私保护方案的安全性将会受到严重的威胁。
技术实现思路
本专利技术为克服现有技术的不足之处，提出一种保护位置隐私的量子近邻查询方法，以期能够同时保护查询用户的位置隐私和LBS数据库的安全性，而且能够降低LBS服务器的计算代价，从而减少通信双方的数据传输量，并降低通信开销。本专利技术为解决技术问题所采用如下的技术方案是：本专利技术一种保护位置隐私的量子近邻查询方法的特点是应用于由LBS服务器Bob向用户Alice提供隐私查询的服务区域中，所述量子近邻查询方法是按如下步骤进行：步骤1：将所述服务区域的外接正方形的一个顶点设为原点O，将所述原点O的两条邻边分别设置为X轴和Y轴构成坐标系XOY，在所述坐标系XOY中，将所述服务区域的外接正方形划分为一个t×t的网格；并对每个网格进行顺序编号；步骤2：在所述坐标系XOY中，所述用户Alice根据自身位置P(xi,yi)，得到自身所在的网格编号gi，1≤gi≤t2；步骤3：建立数据库D；步骤3.1：所述LBS服务器Bob选取一个大整数N，令N满足N≥t2且N＝2n；步骤3.2：所述LBS服务器Bob根据所述服务区域中所有服务点的位置信息，建立具有N个数据项的数据库D，其中，任意第j个数据项记为D(j)，且D(j)＝1表示第j个网格内存在服务点，D(j)＝0第j个网格内没有服务点；步骤4：所述LBS服务器Bob根据所述用户Alice的查询范围，基于不经意量子密钥分配方法建立一个N位的密钥，其中，所述LBS服务器Bob得到全部N位的密钥，所述用户Alice得到所述查询范围内的网格所对应的部分密钥；步骤5：所述LBS服务器Bob利用所述N位的密钥对所述N个数据项的数据库D进行加密，得到N项的密文数据库C并进行公开；步骤6：所述用户Alice根据自身所得到的部分密钥对所述密文数据库C进行解密，得到所述数据库D的查询范围内数据项，并根据所述坐标系XOY中的网格编号，得到自身查询范围内的所有服务点。与已有技术相比，本专利技术的有益效果体现在：1、本专利技术首次利用不经意量子密钥分配来解决保护位置隐私的近邻查询问题，提高了安全性，降低了LBS服务器的计算代价，减少了通信双方的数据传输量，降低了通信开销，而且在现有的技术条件下易于实现。2、本专利技术的安全性是基于SARG04量子密钥分配，而SARG04量子密钥分配被证明是无条件安全的，所以相对经典保护位置隐私的近邻查询方法，安全性大大提升。3、本专利技术通过不经意量子密钥分配方法分配密钥，通信双方间只需要传输N个量子比特和N个经典比特，通信开销为O(N)，通信开销大幅降低。4、本专利技术采用一次一密的异或加密算法，不仅保证了无条件安全，而且降低了计算复杂度。5、本专利技术基于现有的设备和条件容易实现，因为目前单光子的制备、传输、测量等技术已经相当成熟。6、本专利技术将服务区域的外接正方形划分为t×t的网格，划分的精度t可以根据查询的精度而定，更加灵活方便。附图说明图1为本专利技术服务区域划分和网格编号示意图；图2为本专利技术用户查询区域及对应网格示意图。具体实施方式本实施例中，一种保护位置隐私的量子近邻查询方法，是应用于由LBS服务器Bob向用户Alice提供隐私查询的服务区域中，即存在两个参与方，用户和基于位置服务(LocationBasedService，LBS)的服务器；双方约定在服务区域引入坐标系，并将服务区域进行网格划分；用户根据网格划分情形将自己的地理位置信息转换为一个特定的数值，即所处点的网格编号，并根据该数值和可查询的近邻范围，利用不经意量子密钥分配(ObliviousQuantumKeyDistribution，OQKD)和一次一密方法，可以更加方便快捷从基于位置服务的服务器获取到周边的个性化服务点。具体的说，该查询方法是按如下步骤进行：步骤1：将服务区域的外接正方形的一个顶点设为原点O，将原点O的两条邻边分别设置为X轴和Y轴构成坐标系XOY，在坐标系XOY中，将服务区域的外接正方形划分为一个t×t的网格；并对每个网格进行顺序编号；1.1)t相当于地图的比例尺，t的值越大，服务区域划分越详细，查询的结果越精确，同时复杂度也越高，所以t的取值根据查询的精度而定。除此之外，规定每个网格的宽度所代表的物理距离为s。1.2)按照从左到右，从下到上的顺序对坐标系XOY中的网格进行顺序编号。如图1所示，假设t＝8，s＝100m，编号后每个网格对应一个特定数值gi,gi∈{1,2,3,…56本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种保护位置隐私的量子近邻查询方法，其特征在于应用于由LBS服务器Bob向用户Alice提供隐私查询的服务区域中，所述量子近邻查询方法是按如下步骤进行：步骤1：将所述服务区域的外接正方形的一个顶点设为原点O，将所述原点O的两条邻边分别设置为X轴和Y轴构成坐标系XOY，在所述坐标系XOY中，将所述服务区域的外接正方形划分为一个t×t的网格；并对每个网格进行顺序编号；步骤2：在所述坐标系XOY中，所述用户Alice根据自身位置P(xi,yi)，得到自身所在的网格编号gi，1≤gi≤t2；步骤3：建立数据库D；步骤3.1：所述LBS服务器Bob选取一个大整数N，令N满足N≥t2且N＝2n；步骤3.2：所述LBS服务器Bob根据所述服务区域中所有服务点的位置信息，建立具有N个数据项的数据库D，其中，任意第j个数据项记为D(j)，且D(j)＝1表示第j个网格内存在服务点，D(j)＝0第j个网格内没有服务点；步骤4：所述LBS服务器Bob根据所述用户Alice的查询范围，基于不经意量子密钥分配方法建立一个N位的密钥，其中，所述LBS服务器Bob得到全部N位的密钥，所述用户Alice得到所述查询范围内的网格所对应的部分密钥；步骤5：所述LBS服务器Bob利用所述N位的密钥对所述N个数据项的数据库D进行加密，得到N项的密文数据库C并进行公开；步骤6：所述用户Alice根据自身所得到的部分密钥对所述密文数据库C进行解密，得到所述数据库D的查询范围内数据项，并根据所述坐标系XOY中的网格编号，得到自身查询范围内的所有服务点。...

【技术特征摘要】
1.一种保护位置隐私的量子近邻查询方法，其特征在于应用于由LBS服务器Bob向用户Alice提供隐私查询的服务区域中，所述量子近邻查询方法是按如下步骤进行：步骤1：将所述服务区域的外接正方形的一个顶点设为原点O，将所述原点O的两条邻边分别设置为X轴和Y轴构成坐标系XOY，在所述坐标系XOY中，将所述服务区域的外接正方形划分为一个t×t的网格；并对每个网格进行顺序编号；步骤2：在所述坐标系XOY中，所述用户Alice根据自身位置P(xi,yi)，得到自身所在的网格编号gi，1≤gi≤t2；步骤3：建立数据库D；步骤3.1：所述LBS服务器Bob选取一个大整数N，令N满足N≥t2且N＝2n；步骤3.2：所述LBS服务器Bob根据所述服务区域中所有服务点的位置信...

【专利技术属性】
技术研发人员：石润华，罗振宇，许敏，彭振皖，
申请(专利权)人：安徽大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34