一种车联网的车辆轨迹隐私保护方法技术

本发明专利技术公开了一种车联网的车辆轨迹隐私保护方法。现有方法难以抵抗长期统计攻击和位置关联攻击。本发明专利技术方法中LBS服务器根据服务历史数据建立信息矩阵，并选择热点数据发送给RSU，RSU缓存热点数据并且构建缓存信息矩阵；车辆用户根据位置熵和有效距离选择生成虚拟位置，生成多个服务请求发送给RSU服务器获取服务；在未获得服务结果或者缓存命中率低于阈值时，RSU根据位置熵产生新的服务请求发送给LBS服务器，实现对缓存时间较长的数据的更新，并且能获得用户所需服务结果。本发明专利技术方法减少了车辆用户与LBS服务器间的交流，并在通信时采用虚拟位置的方法保护用户隐私，同时能够考虑数据有效性来实现缓存更新，提高缓存命中率。率。率。

【技术实现步骤摘要】
一种车联网的车辆轨迹隐私保护方法


[0001]本专利技术属于信息安全
，特别涉及一种车联网的车辆轨迹隐私保护方法。

技术介绍

[0002]随着无线网络的发展和应用，车载自组网(vehicular ad
‑
hoc network，VANET)正在成为未来智能交通系统的重要组成部分。预计它将在道路安全、交通管理、驾驶员和乘客信息传递等方面发挥重要作用。随着越来越多的车辆连接到物联网,传统的VANET正在向车联网(internet of vehicles，IoVs)发展。
[0003]在车联网中，车辆可以通过车载单元(onboard unit，OBU)与路边单元(Road Side Unit，RSU)进行通信，进而从云端获得基于位置的服务(Location Based Service，LBS)，如查找最近的加油站、餐厅等信息，为用户带来极大的便利。但是，用户享受高效便捷的同时，LBS服务器作为潜在的攻击者，会导致用户的隐私信息泄露。用户在连续发送服务请求时，可能会暴露一系列位置，因而攻击者可以获得用户的运动轨迹，一旦一个用户轨迹泄露，那么其所有访问过的地点均会暴露。
[0004]当前应用在车联网环境下的车辆轨迹隐私保护方法主要有：基于混合区的车辆轨迹隐私保护、基于差分的车辆轨迹隐私保护、基于虚拟位置的车辆轨迹隐私保护、基于缓存的车辆轨迹隐私保护等。基于混合区模型的隐私保护方法，车辆经过混合区域时，停止发送服务信息，在此区域内可进行假名更换或者交换，攻击者无法将离开的车辆和进入的车辆关联对应，从而实现车辆位置隐私保护。但由于车辆在混合区内会停止服务其通信将会受到限制，并且需要频繁更换车辆假名；差分隐私保护方法通过将位置叠加噪声实现隐私保护的目的，但位置数据有失真，服务质量无法得到保障，并且如何分配合理隐私预算也是一个难点；基于虚拟位置的隐私保护方法，不需要依赖于可靠的第三方服务器，车辆用户在本地生成一定数量的虚拟位置，利用虚拟位置与真实位置发起多个服务请求，进而保护车辆位置信息，且能保证服务查询的准确性，但是这种方法是通过增大系统通信开销来保护车辆位置隐私的；基于缓存机制的方法是在LBS服务器和车辆用户之间部署缓存，避免车辆用户频繁访问LBS服务器带来的轨迹隐私泄露，但该方法难度在于合理的设置缓存内容和缓存更新机制来保证较高的缓存命中率。
[0005]目前已有一些基于虚拟位置的轨迹隐私保护方法，如：申请号为201080070100.1的中国专利技术专利申请，公开了一种在使用基于位置的服务时通过采用虚拟信息保护位置隐私的方法，局限在于这种方法在虚拟位置的生成过程没有考虑额外的先验信息，隐私保护的有效性难以得到保证。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是提供一种基于虚拟位置和缓存机制的车联网车辆轨迹隐私保护方法，主要针对现有车联网的基于虚拟位置的车辆位置保护方法，难以抵抗长期统计攻击和位置关联攻击，且目前的利用采用缓存的方法无法兼顾车辆高移动性带来的对缓存效率
以及隐私保护有效性的考验这两方面的问题。
[0007]本专利技术方法具体是：
[0008]步骤(1)基于位置服务LBS服务器建立信息矩阵：
[0009]LBS服务器将一个路边单元RSU所管辖区域划分为I
×
J个正方形单元格，cell
i,j
表示第i行第j列的单元格，i＝1,2,
…
,I，j＝1,2,
…
,J，cell
i,j
位置表示为r
i,j
。
[0010]基于服务请求的历史数据，LBS服务器统计每个单元格中车辆用户发起服务请求的数量，则每个单元格cell
i,j
的服务请求概率f
i,j
为cell
i,j
中服务请求数量，F为服务请求总数量。在单元格中第u个服务类型的服务语义u＝1,2,
…
,U，U为服务类型个数，f
(i,j),u
为在cell
i,j
上对于第u个服务类型发起的请求数量。
[0011]单位格的位置、服务请求概率和服务语义构成信息矩阵Q(r,q,e)，r表示单元格的位置信息，q表示对应位置单元格的服务请求概率，e表示对应位置单元格的服务语义。
[0012]步骤(2)LBS服务器构建热点数据：热点数据是指RSU所管辖区域内请求概率最高的个位置与服务组合的请求结果，γ表示提前设置好的缓存命中率阈值。
[0013]热点数据选择问题表述为：其中，R表示车辆能经由道路够到达的位置，表示关联服务内容的热点数据位置集合，D(r，q，e)表示与相应的信息矩阵，表示RSU管辖位置内单元格集合。
[0014]选择热点数据的具体过程如下：
[0015](2
‑
1)LBS服务器计算出各个单位格的服务请求概率q
i，j
与全部服务语义乘积e
(i,j)u
，u＝1,2,
…
,U，并按降序排列；
[0016](2
‑
2)选择其中满足道路约束的前个的位置以及服务语义，将前个位置与服务组合的请求结果作为热点数据集。
[0017]步骤(3)路边单元RSU初始化：
[0018]LBS服务器将每个RSU所管辖区域内的信息矩阵Q(r,q,e)与个热点数据集合推送给RSU；RSU获取后，对cell
i,j
上第u个服务类型的缓存数据存在时间开始计时，表示为t
(i,j),u
，以此构建缓存信息矩阵E(r,q,t,e)，若对应服务无缓存数据，不记录时间；RSU对收到相应服务结果的位置缓存数据同时，RSU开始对信息矩阵存在时间计时，表示为t
q
。
[0019]步骤(4)用户设置隐私参数：
[0020]RSU将信息矩阵Q(r,q,e)广播给所管辖区域内的所有用户，用户输入隐私保护级别V，V∈[0,1)，V越大表示隐私保护级别越高；根据隐私保护级别V计算用户隐私参数
表示向上取整。
[0021]步骤(5)用户生成虚拟位置：
[0022]在每条道路上，车辆用户在保证有效距离最大的同时，选择使得位置熵最大的k
‑
1个虚拟位置，具体过程如下：
[0023](5
‑
1)定义位置熵：若生成的虚拟位置集合包含L个位置{r1,r2,
…
,r
L
}，相应的位置服务请求概率为{q1,q2,
…
,q
L
}，相应的服务语义为{e
1,u
,e
2,u
,
…
,e
L,u
}；r
l
表示第l个位置，对应的位置服务请求概率为q
l
、服务语义为e
l,u
，l＝1,2,
…
,L本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种车联网的车辆轨迹隐私保护方法，其特征在于，该方法具体是：步骤(1)基于位置服务LBS服务器建立信息矩阵：LBS服务器将一个路边单元RSU所管辖区域划分为I
×
J个正方形单元格，cell
i,j
表示第i行第j列的单元格，i＝1,2,
…
,I，j＝1,2,
…
,J，cell
i,j
位置表示为r
i,j
；基于服务请求的历史数据，LBS服务器统计每个单元格中车辆用户发起服务请求的数量，则每个单元格cell
i,j
的服务请求概率f
i,j
为cell
i,j
中服务请求数量，F为服务请求总数量；在单元格中第u个服务类型的服务语义U为服务类型个数，f
(i,j),u
为在cell
i,j
上对于第u个服务类型发起的请求数量；单位格的位置、服务请求概率和服务语义构成信息矩阵Q(r,q,e)，r表示单元格的位置信息，q表示对应位置单元格的服务请求概率，e表示对应位置单元格的服务语义；步骤(3)路边单元RSU初始化：LBS服务器将每个RSU所管辖区域内的信息矩阵Q(r,q,e)与个热点数据集合推送给RSU；RSU获取后，对cell
i,j
上第u个服务类型的缓存数据存在时间开始计时，表示为t
(i,j),u
，以此构建缓存信息矩阵E(r,q,t,e)，若对应服务无缓存数据，不记录时间；RSU对收到相应服务结果的位置缓存数据同时，RSU开始对信息矩阵存在时间计时，表示为t
q
；步骤(4)用户设置隐私参数：RSU将信息矩阵Q(r,q,e)广播给所管辖区域内的所有用户，用户输入隐私保护级别V，V∈[0,1)，V越大表示隐私保护级别越高；根据隐私保护级别V计算用户隐私参数∈[0,1)，V越大表示隐私保护级别越高；根据隐私保护级别V计算用户隐私参数表示向上取整；步骤(5)用户生成虚拟位置：在每条道路上，车辆用户在保证有效距离最大的同时，选择使得位置熵最大的k
‑
1个虚拟位置，具体过程如下：(5
‑
1)定义位置熵：若生成的虚拟位置集合包含L个位置{r1,r2,
…
,r
L
}，相应的位置服务请求概率为{q1,q2,
…
,q
L
}，相应的服务语义为{e
1,u
,e
2,u
,
…
,e
L,u
}；r
l
表示第l个位置，对应的位置服务请求概率为q
l
、服务语义为e
l,u
，l＝1,2,
…
,L；L个位置的位置熵其中，第l个位置上归一化的服务请求概率(5
‑
2)有效距离定义为该元素与集合内所有元素的距离的最小值；(5
‑
3)选择RSU管辖区域内概率与q0e
0,u
相近的k
′
个虚拟位置及其相应的服务内容，q0和e
0,u
分别为用户自身位置所属单元格服务请求概率和服务请求语义；(5
‑
4)用户根据自身位置从k
′
个虚拟位置中逐次选择使得当前位置集合有效距离最大的位置加入位置集合，直至位置集合有k个位置为止；
步骤(6)用户发起请求服务：车辆用户利用真实位置与k
‑
1个虚拟位置的位置集合，结合相应的服务内容生成服务请求发送给RSU；步骤(7)RSU筛选服务结果：RSU接收到服务请求后，在自身缓存中筛选服务结果，首先将数据内容缓存时间重置为0；如果k
c
/k≥γ，则RSU将相应的服务结果...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈惠芳，黄芊涌，许先云，谢磊，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：