基于轨迹扰动和路网匹配的位置隐私保护算法

doi:10.11772/j.issn.1001-9081.2023050680

《计算机应用》唯一官方网站››2024，第44卷››问题（5）: 1546-1554.内政部：10.11772/j.issn.1001-9081.2023050680

• 网络空间安全 • （一）

基于轨迹扰动和路网匹配的位置隐私保护算法

刘沛骞¹，王水莲²，申自浩²，王辉¹()

¹河南理工大学软件学院，河南焦作 454000
²河南理工大学计算机科学与技术学院，河南焦作 454000

收稿日期:2023-05-30 收益率：2023-07-30年 接受日期:2023-08-11 日本：2023-09-01 出版日期:2024-05-10
通讯作者:王辉
作者简介:刘沛骞（1970—），男，山西大同人，副教授，博士，主要研究方向：机器学习、自然语言处理、信息安全
王水莲（1999—），女，河南周口人，硕士研究生，主要研究方向：网络信息安全、智能信息处理
申自浩（1980—），男，河南南阳人，副教授，博士，主要研究方向：网络与信息安全、智能信息处理、信息仿真
第一联系人：王辉（1975—），男，河南焦作人，教授，博士，主要研究方向：移动互联网隐私保护、网络信息安全、信息系统研发及仿真。
基金资助:
河南省高等学校重点科研项目（23A520033）；河南理工大学博士基金资助项目（B2022？16）

基于轨迹扰动和路网匹配的位置隐私保护算法

刘培谦¹，王水莲²，沈子豪²，王慧（音）¹()

¹河南工业大学软件学院，河南焦作454000
²河南工业大学计算机科学与技术学院，中国河南焦作454000

收到：2023-05-30 修订过的：2023-07-30年 认可的：2023-08-11 在线：2023-09-01 出版：2024-05-10
联系人：王慧（音）
关于作者：刘培谦，1970年生，博士，副教授。他的研究兴趣包括机器学习、自然语言处理、信息安全。
王水莲，1999年生，硕士研究生。她的研究兴趣包括网络信息安全、智能信息处理。
沈子豪，1980年生，博士，副教授。他的研究兴趣包括网络和信息安全、智能信息处理、信息模拟。
支持单位：
河南省高校重点科研项目（23A520033）；河南工业大学博士科研基金（B2022？16）

摘要/摘要

摘要：

针对现有扰动机制未考虑位置点语义关系导致数据可用性较低的问题，提出一种基于差分隐私（DP）的轨迹位置隐私保护机制（DP-TLPM）首先，DP-TLPM公司利用滑动窗口提取轨迹停留点生成模糊区域，再利用指数机制和拉普拉斯机制对该区域进行采样；其次，为了消除采样点中可能存在的无语义位置点，提出一种路网匹配算法，对轨迹分段并利用误差椭圆匹配（EEM）进行迭代匹配；最后，根据匹配后的位置点形成扰动轨迹，由用户端将扰动轨迹发送至服务器。实验以混淆质量和均方根误差（RMSE）为评价标准对该机制进行综合评测。与GeoInd’sabio，DP？TLPM公司的数据质量损失降低了24%，轨迹的混淆质量提高了52%，从隐私保护强度和数据质量两方面验证了该算法的有效性。

关于： 轨迹隐私保护, 路网匹配, 位置扰动, 拉普拉斯机制

摘要：

针对现有干扰机制未考虑位置点的语义关系而导致数据可用性低的问题，提出了一种基于差异隐私的轨迹位置隐私保护机制，即DP-TLPM。首先，利用滑动窗口提取轨迹驻留点生成模糊区域，并采用指数和拉普拉斯机制对区域进行采样。其次，提出了一种道路网络匹配算法，以消除采样点中可能存在的无语义定位点，并利用误差椭圆匹配（EEM）对轨迹进行分割和迭代匹配。最后，根据匹配的定位点形成干扰轨迹，由用户发送给服务器。通过混淆质量和均方根误差（RMSE）对机理进行综合评价。与GeoInd算法相比，DP-TLPM的数据质量损失减少了24%，轨迹混淆质量提高了52%，验证了DP-TLPM在隐私保护强度和数据质量方面的有效性。

关键词： 轨迹隐私保护，路网匹配，位置扰动，拉普拉斯机制

中图分类号:

TP309型

刘沛骞, 王水莲, 申自浩, 王辉. 基于轨迹扰动和路网匹配的位置隐私保护算法[J] ●●●●。计算机应用, 2024年，44（5）：1546-1554。

刘培谦、王水莲、沈子豪、王慧。基于轨迹扰动和路网匹配的位置隐私保护算法[J]。计算机应用杂志，2024，44（5）：1546-1554。

图/表17

表1 符号及其描述

表1符号和说明

符号	含义
$秒第页我$	第节我个停留点
$第页我， k个$	第节我个停留点的第k个个模糊子区域
$第页我， k个 c（c）$	第节我个停留点的第k个个子区域的中心点
$S公司 t吨$	扰动轨迹
$S公司我$	$S公司 t吨$ 中的轨迹段
$C类我秒$	更新后的关键样本集合
$C类我第页$	更新后的候选弧段
$C类我秒我$	第节我个关键样本
$C类我第页我 j个$	第节我个关键样本对应的第j个个候选弧
$我 n个 t吨 e（电子）第页秒 e（电子） c（c） t吨 (e（电子）我第页， C类我第页我 k个)$	椭圆与候选弧段之间的交线

表1 符号及其描述

表1符号和说明

符号	含义
$秒第页我$	第节我个停留点
$第页我， k个$	第节我个停留点的第k个个模糊子区域
$第页我， k个 c（c）$	第节我个停留点的第k个个子区域的中心点
$S公司 t吨$	扰动轨迹
$S公司我$	$S公司 t吨$ 中的轨迹段
$C类我秒$	更新后的关键样本集合
$C类我第页$	更新后的候选弧段
$C类我秒我$	第节我个关键样本
$C类我第页我 j个$	第节我个关键样本对应的第j个个候选弧
$我 n个 t吨 e（电子）第页秒 e（电子） c（c） t吨 (e（电子）我第页， C类我第页我 k个)$	椭圆与候选弧段之间的交线

图1 停留点类型

图1驻留点类型

图2DP-TLPM公司

图2DP-TLPM隐私模型

图三采样点选取

图3采样节点的选择

图4 轨迹缓冲区的路段选择

图4轨迹缓冲器的截面选择

图5 用户的轨迹段

图5用户轨迹段

图6 寻找回溯次数

图6回溯时间的获取

图7 候选弧的选择

图7选择候选弧

图8 路段信息

图8路段信息

图9 误差椭圆的迭代过程

图9误差椭圆的迭代过程

图10 存在两个交线

图10存在两条相交线

图11 匹配后的轨迹处理

图11匹配后的轨迹处理

图12 不同隐私预算下各算法的混淆质量与RMSE公司

图12不同隐私预算下每种算法的混淆质量和RMSE比较

图13DP-TLPM的匹配精度对比

图13DP-TLPM与DMM匹配精度比较

图14 匹配前后的数据质量

图14匹配前后的数据质量

图15 效用权重的影响

图15公用工程重量的影响

图16 地图匹配前后的可视化匹配结果

图16地图匹配前后的视觉匹配结果

参考文献25

1	邢力，贾X，高J，等。一种基于双重身份的位置隐私保护算法k个-汽车社交网络中的匿名性〔J〕。IEEE通信信函，2021，25（10）： 3199-3203.10.1109/lcomm.2021.3072671
2	刘华，张斯，李明，等。一种有效的位置隐私保护k个-位置服务中的匿名方案〔C〕//2021年IEEE电子技术、通信和信息国际会议论文集。皮斯卡塔韦：IEEE2021： 24-29.10.1109/icetci53161.2021.9563598
三	DWORK C.差异隐私：结果调查[C]//2008年计算模型理论与应用国际会议论文集。柏林：斯普林格2008： 1-19.10.1007/978-3-540-79228-4
4	王斌，李海堂，REN X，等.基于位置服务的位置隐私保护的有效差分隐私方法〔J〕。传感器，2023，23（11）： 5219.10.3390/s23115219
5	ZHANG Z，XU X，XIAO F.LGAN-DP：一种新的轨迹数据差分私人发布机制〔J〕。未来一代计算机系统，2023，141： 692-703.10.1016/j.未来2022.12.011
6	钱霞，吴毅，李明，等.基于位置-外观-语义-时间聚类的poi摘要〔J〕。IEEE多媒体期刊，2021，23： 378-390.10.1109/tmm.2020.2977478
7	宁波，孙毅，陶霞，等.无线网络中加权图的差异隐私保护〔J〕。Ad Hoc网络，2021，110： 102303.2016年10月10日/j.adhoc.2020.102303
8	LIU H，LI X，LI H，等.基于位置服务的时空相关感知虚拟隐私保护方案〔C〕//2017 IEEE计算机通信会议论文集。皮斯卡塔韦：IEEE2017： 1-9.10.1109/infocom.2017.8056978
9	王毅，李明，罗思，等。LRM：实现轨迹的位置重组机制k个-匿名隐私保护〔J〕。IEEE接入，2019，7： 182886-182905.10.1109/访问2019.2960008
10	YANG D，YE B，ZHANG W，等。KLPPS：ak个-基于假人和Stackelberg游戏的匿名位置隐私保护方案〔J〕。安全和通信网络，2021，2021： 9635411.10.1155/2021/9635411
11	袁S，PI D，赵X，等.基于R树的差分隐私轨迹数据保护方案〔J〕。带应用程序的专家系统，2021，182： 115215.2016年10月10日/j.eswa.2021.115215
12	颜毅，孙忠，马茂德A，等.利用网格聚类实现基于位置的统计数据的差异隐私发布〔J〕。ISPRS国际地理信息杂志，2022，11（7）： 404.10.3390/ijgi11070404
13	郑磊，张俊星.面向连续位置服务的位置感知隐私保护方案［记者：。浙江大学学报（工程），2020，54（12）：2437-2444 .
	郑磊，张俊霞.连续位置服务中的位置软件隐私保护方案〔J〕。浙江大学学报（工程科学版），2020，54（12）： 2437-2444.
14	周长利，陈永红，田晖，等.保护位置隐私和查询内容隐私的路网K（K）近邻查询方法［J]。软件学报，2020，31（2）：471-492.
	周春林，陈永和，田浩，等。位置隐私和查询隐私保护方法K（K）-道路网络中的最近邻查询〔J〕。软件杂志，2020，31（2）：471-492.
15	左开中，刘蕊，赵俊，等.融合语义信息的时空关联位置隐私保护方法［记者：。西安电子科技大学学报（自然科学版），2022，49（1）：67-77.
	ZUO K Z，LIU R，ZHAO J，等.基于语义信息的时空相关位置隐私保护方法〔J〕。西电大学学报（自然科学版），2022，49（1）：67-77。
16	杨泽，王荣，吴德，等.基于5G的工业智能物流中的局部轨迹隐私保护〔J〕。IEEE工业信息学汇刊，2022，18（4）： 2868-2876.10.1109/tii.2021.3116529
17	程伟，文荣，黄赫，等.面向弹道数据发布的最优个性化弹道差异隐私〔J〕。神经计算，2022，472： 201-211.2016年10月10日/j.neucom.2021.04.137
18	邱S，PI D，王毅，等.抗预测攻击的新型弹道隐私保护方法〔J〕。带应用程序的专家系统，2023，213： 118870.2016年10月10日/j.eswa.2022.118870
19	王毅，熊锐，汤平，等.基于大规模噪声定位记录的快速可靠地图匹配〔J〕。土木工程计算杂志，2023，37（1）： 1-14.10.1061/（上升）cp.1943-5487.0001054
20	DOGRAMADZI M，KHAN A.GPS轨迹的加速地图匹配〔J〕。IEEE智能交通系统汇刊，2022，23（5）： 4593-4602.10.1109/标题2020.3046375
21	高泽，黄毅，郑立，等.基于轨迹模糊的移动群感知用户位置隐私保护〔J〕。IEEE工业信息学汇刊，2022，18（9）： 6290-6299.2010年10月10日/星期二2022年12月14日
22	于清，胡凤，YE Z，等.基于路网拓扑的高频轨迹图匹配算法〔J〕。IEEE智能交通系统汇刊，2022，23（10）： 17530-17545.10.1109/tits.2022.3155689
23	郑毅，谢旭，马伟友.GeoLife:一种用户、位置和轨迹之间的协作社交网络服务〔J〕。IEEE数据工程公告，2010，33（2）： 32-39.
24	李杰，陈G。一种个性化轨迹隐私保护方法〔J〕。计算机与安全，2021，108： 102323.2016年10月10日/j.cose.2021.102323
25	赵霞，PI D，陈静.基于差异隐私聚类的轨迹隐私保护新方法〔J〕。带应用程序的专家系统，2020，149： 113241.2016年10月10日/j.eswa.2020.113241

[1]	刘向宇, 陈金梅, 夏秀峰, 辛格·曼尼什。防止暴露位置攻击的轨迹隐私保护[J] ●●●●。《一、，2020, 40(2): 479-485.
[2]	郭良敏, 王安鑫, 郑孝遥.美国[J] ●●●●。计算机应用, 2018, 38(11): 3263-3269.

基于轨迹扰动和路网匹配的位置隐私保护算法

基于轨迹扰动和路网匹配的位置隐私保护算法

RichHTML格式

PDF格式

可视化

摘要/摘要

引用本文

使用本文

图/表17

参考文献25

相关文章2

编辑推荐

度量标准