本發(fā)明屬于計(jì)算機(jī)安全領(lǐng)域，涉及車聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下的位置隱私保護(hù)技術(shù)，尤其是一種車聯(lián)網(wǎng)中的隱私保護(hù)系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

隨著移動(dòng)通信技術(shù)的不斷發(fā)展，特別是隨著4G與5G技術(shù)的普及與應(yīng)用，現(xiàn)今的移動(dòng)通信和IT技術(shù)將逐步應(yīng)用于汽車產(chǎn)業(yè)。車聯(lián)網(wǎng)作為當(dāng)今汽車電子的發(fā)展主流，正逐漸得到研究者的重視，被視為建設(shè)智慧城市的重要環(huán)節(jié)。然而，隨著車輛連入互聯(lián)網(wǎng)，隱私泄露、非法訪問(wèn)控制等問(wèn)題也會(huì)隨之誕生，用戶隱私安全問(wèn)題尤為顯著。車聯(lián)網(wǎng)環(huán)境中，根據(jù)專用短距離通信規(guī)范(Dedicated Short Range Communications,DSRC)的規(guī)定，車輛每隔300ms就要向周圍的車輛(Vehicles)和路側(cè)設(shè)備(Roadside Units,RSU)廣播一次安全消息，該消息中包括車輛可驗(yàn)證的身份、車輛當(dāng)前位置、當(dāng)前車速等信息。路網(wǎng)中的車輛可以根據(jù)該信息對(duì)路況進(jìn)行預(yù)判，避免碰撞、刮擦等交通事故的發(fā)生。然而，該安全信息也可能被非法入侵的攻擊者獲取。這樣一來(lái)，攻擊者就能獲得路網(wǎng)中所有車輛的駕駛狀態(tài)，并從該信息中分析出車主的行為習(xí)慣、駕駛目標(biāo)等重要的隱私。甚至?xí)胁环ǚ肿永冒踩?lái)實(shí)施綁架、盜竊等罪行。因此，保護(hù)車輛位置隱私，避免攻擊者對(duì)車輛進(jìn)行持續(xù)監(jiān)聽(tīng)，對(duì)車主自身安全以及車聯(lián)網(wǎng)的推廣有著重要的意義。

當(dāng)前，應(yīng)用在車聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下的位置隱私保護(hù)方法有多種，主要包括基于k-匿名方法、基于混合區(qū)模型方法、基于ε-差分隱私的方法等。在多種位置隱私保護(hù)技術(shù)中，k-匿名的隱私保護(hù)效果主要與k值大小相關(guān)，k值越大，效果越好，但占用服務(wù)器的資源也越多?；诨旌蠀^(qū)模型的方法可以基本實(shí)現(xiàn)車輛位置隱私的保護(hù)，但限制車輛在期間的通信，且頻繁更換車輛假名?；讦?差分隱私的方法通過(guò)添加噪聲來(lái)實(shí)現(xiàn)保護(hù)隱私的目的，然而其對(duì)敏感數(shù)據(jù)的處理結(jié)果對(duì)于單個(gè)用戶是不敏感的。為了彌補(bǔ)上述現(xiàn)存車聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下的位置隱私保護(hù)方法存在的不足，進(jìn)一步提高隱私保護(hù)過(guò)程中的效率和保密程度，提出了一種車聯(lián)網(wǎng)中的隱私保護(hù)系統(tǒng)及方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明旨在解決以上現(xiàn)有技術(shù)的問(wèn)題。提出了一種為車主提供個(gè)性化的隱私保護(hù)、減小了攻擊者成功竊取車主隱私的概率的車聯(lián)網(wǎng)中的隱私保護(hù)系統(tǒng)及方法。本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種車聯(lián)網(wǎng)中的隱私保護(hù)系統(tǒng)，其包括：加密區(qū)發(fā)現(xiàn)模塊、更名間隔計(jì)算模塊及假名更換實(shí)施模塊，其中所述加密區(qū)發(fā)現(xiàn)模塊：用于對(duì)路網(wǎng)進(jìn)行劃分之后，提取車聯(lián)網(wǎng)中的社交網(wǎng)絡(luò)用戶興趣點(diǎn)，并將其在路網(wǎng)中進(jìn)行標(biāo)注，對(duì)用戶興趣點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理，根據(jù)當(dāng)前路網(wǎng)情況，結(jié)合數(shù)據(jù)挖掘知識(shí)，通過(guò)機(jī)器學(xué)習(xí)聚類器對(duì)路網(wǎng)中的興趣點(diǎn)進(jìn)行聚類，將興趣點(diǎn)密集的地區(qū)作為給用戶更名的加密區(qū)；

更名間隔計(jì)算模塊，包括時(shí)間計(jì)算模塊和更名條件判斷模塊，時(shí)間計(jì)算模塊主要用于獲取車主的隱私保護(hù)需求與車輛的駕駛目的地的參數(shù)化，并將采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，計(jì)算對(duì)應(yīng)車輛的更名間隔，將計(jì)算得到的更名間隔發(fā)送給更名條件判斷模塊，所述更名條件判斷模塊判斷申請(qǐng)更名的車輛是否符合更名條件，若需要更名則將車輛引入加密區(qū)，進(jìn)行相應(yīng)的更名措施；否則繼續(xù)等候，直到達(dá)到更名條件；

假名更換實(shí)施模塊主要在車輛加密區(qū)中實(shí)現(xiàn)，根據(jù)車輛更名間隔判斷其是否需要更換假名，當(dāng)車輛滿足更名條件時(shí)，為該車輛更換假名，從而為車輛實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)的假名更換，提供個(gè)性化的隱私保護(hù)服務(wù)。

進(jìn)一步的，所述加密區(qū)發(fā)現(xiàn)模塊基于DBSCAN聚類算法，具體包括步驟：通過(guò)成熟的社交平臺(tái)的公共API獲取社交網(wǎng)絡(luò)用戶興趣點(diǎn)源數(shù)據(jù)并進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理操作，得到用戶興趣點(diǎn)集合，接著利用聚類模型將興趣點(diǎn)集合中的數(shù)據(jù)進(jìn)行聚類分簇，形成原始加密區(qū)；然后由控制平臺(tái)模擬更名操作，根據(jù)操作結(jié)果優(yōu)化當(dāng)前加密區(qū)，并將加密區(qū)的評(píng)價(jià)返回給聚類步驟，優(yōu)化聚類模型，生成最終加密區(qū)。

進(jìn)一步的，所述更名間隔計(jì)算模塊包括以下處理步驟：S21：入網(wǎng)車輛向控制平臺(tái)發(fā)送隱私保護(hù)需求與車輛駕駛目標(biāo)；

S22：由控制平臺(tái)評(píng)估車主隱私保護(hù)需求等級(jí)，并返回相應(yīng)等級(jí)保護(hù)系數(shù)；

S23：由控制平臺(tái)計(jì)算車輛起點(diǎn)與終點(diǎn)之間的距離將車主駕駛目標(biāo)參數(shù)化，假設(shè)車輛當(dāng)前位置為S_i(x_i,y_i)，目的地位置為S_j(x_j,y_j)，則該車駕駛目標(biāo)為

S24：計(jì)算模塊接收相應(yīng)參數(shù)后計(jì)算對(duì)應(yīng)車輛的更名間隔，具體計(jì)算方式為

S25：將計(jì)算得到的更名間隔發(fā)送給更名條件判斷模塊，由該模塊判斷申請(qǐng)更名的車輛是否符合更名條件，若需要更名則將車輛引入加密區(qū)，進(jìn)行相應(yīng)的更名措施；否則繼續(xù)等候，直到達(dá)到更名條件。

進(jìn)一步的，所述更名條件判斷模塊包括以下判斷步驟：S251：車輛的更名間隔被計(jì)算出后會(huì)發(fā)送給控制平臺(tái)比較器，定義影響車輛成功更名的上限閾值和下限閾值，并將車輛的更名間隔與其進(jìn)行比較；

S252：當(dāng)某輛車的假名更換間隔持續(xù)高于上限閾值的時(shí)候，需要為其更換假名，即滿足條件：T_ci(V_i)＞T_{change_upper}時(shí)，將車輛V_i加入更換隊(duì)列Q_{change_object}，強(qiáng)制V_i更換假名；

S253：當(dāng)某輛車的假名更換間隔在上下限閾值之間，即滿足條件：T_{change_lower}＜T_cj(V_j)＜T_{change_upper}時(shí)，則將V_j加入假名更換隊(duì)列Q_{change_object}，表示V_j的假名更換時(shí)間已到，需要更換假名來(lái)實(shí)現(xiàn)車輛的隱私保護(hù)；

S254：若某輛車的假名更換間隔持續(xù)低于下限閾值的時(shí)候，該車請(qǐng)求過(guò)于頻繁，即滿足條件：T_ck(V_k)＜T_{change_lower}時(shí)，記錄該車輛本次的假名更換申請(qǐng)，將車輛V_k加入更名候選隊(duì)列Q_{change_candidate}中，當(dāng)車輛第三次申請(qǐng)時(shí)，為其更換假名。

進(jìn)一步的，所述假名更換實(shí)施模塊包括以下步驟：S31：車輛需要更換假名時(shí)向控制平臺(tái)發(fā)送更名申請(qǐng)；

S32：路側(cè)設(shè)備收到車輛申請(qǐng)后向控制平臺(tái)轉(zhuǎn)發(fā)車輛申請(qǐng)；

S33：控制平臺(tái)收到車輛申請(qǐng)后進(jìn)行判斷，如果符合更名條件則向距離該車最近的K個(gè)路側(cè)設(shè)備發(fā)送命令消息，規(guī)定由這些路側(cè)設(shè)備形成的加密區(qū)為車輛提供假名更換服務(wù)，加密區(qū)內(nèi)的其他車輛也要申請(qǐng)更換假名；

S34：路側(cè)設(shè)備負(fù)責(zé)向其通信區(qū)域內(nèi)的車輛轉(zhuǎn)發(fā)來(lái)自控制平臺(tái)的命令消息；

S35：加密區(qū)內(nèi)的其他車輛發(fā)送更名申請(qǐng)；

S36：由控制平臺(tái)統(tǒng)一為申請(qǐng)更名的車輛頒發(fā)假名。

一種基于所述系統(tǒng)的車聯(lián)網(wǎng)中的隱私保護(hù)方法，其包括以下步驟：

對(duì)路網(wǎng)進(jìn)行劃分之后，提取車聯(lián)網(wǎng)中的社交網(wǎng)絡(luò)用戶興趣點(diǎn)，并將其在路網(wǎng)中進(jìn)行標(biāo)注，對(duì)用戶興趣點(diǎn)進(jìn)行聚類預(yù)處理，根據(jù)當(dāng)前路網(wǎng)情況，結(jié)合數(shù)據(jù)挖掘知識(shí)，通過(guò)機(jī)器學(xué)習(xí)聚類器對(duì)路網(wǎng)中的興趣點(diǎn)進(jìn)行聚類，將興趣點(diǎn)密集的地區(qū)作為給用戶更名的加密區(qū)；

獲取車主的隱私保護(hù)需求與車輛的駕駛目的地的參數(shù)化，并將采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，計(jì)算對(duì)應(yīng)車輛的更名間隔，將計(jì)算得到的更名間隔發(fā)送給更名條件判斷模塊，所述更名條件判斷模塊判斷申請(qǐng)更名的車輛是否符合更名條件，若需要更名則將車輛引入加密區(qū)，進(jìn)行相應(yīng)的更名措施；否則繼續(xù)等候，直到達(dá)到更名條件；

在車輛加密區(qū)中實(shí)現(xiàn)假名更換實(shí)施，根據(jù)車輛更名間隔判斷其是否需要更換假名，當(dāng)車輛滿足更名條件時(shí)，為該車輛更換假名，從而為車輛實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)的假名更換，提供個(gè)性化的隱私保護(hù)服務(wù)。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)及有益效果如下：

本發(fā)明從現(xiàn)有車聯(lián)網(wǎng)位置隱私保護(hù)方法存在的問(wèn)題入手，提出一種車聯(lián)網(wǎng)中的隱私保護(hù)系統(tǒng)及方法。該方法區(qū)別于傳統(tǒng)位置隱私保護(hù)方法，基于加密區(qū)的假名更換過(guò)程充分考慮了車主對(duì)隱私保護(hù)的需求等級(jí)和車輛駕駛目標(biāo)對(duì)位置隱私的影響，將這兩個(gè)指標(biāo)作為重要影響因子計(jì)算車輛更名間隔，為車主提供個(gè)性化的隱私保護(hù)。其中，更名間隔計(jì)算模塊是將車主的隱私保護(hù)需求和車輛的駕駛目的地參數(shù)化并計(jì)算車輛更名間隔的部分?；诩用軈^(qū)的假名更換方法運(yùn)用統(tǒng)計(jì)函數(shù)定義隱私保護(hù)需求和駕駛目的地這兩個(gè)指標(biāo)對(duì)車輛更名間隔的影響指數(shù)，計(jì)算出符合車主需求的更名間隔，降低車輛假名更換的頻率。此外，本方法運(yùn)用了機(jī)器學(xué)習(xí)聚類知識(shí)，從用戶興趣點(diǎn)中聚類挖掘出可能聚集大量車輛的區(qū)域，將這些車輛密集區(qū)作為車輛更換假名的區(qū)域，減小了攻擊者成功竊取車主隱私的概率。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明提供優(yōu)選實(shí)施例的實(shí)施結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明提供優(yōu)選實(shí)施例的加密區(qū)發(fā)現(xiàn)模塊執(zhí)行結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明提供優(yōu)選實(shí)施例的更名間隔計(jì)算模塊執(zhí)行結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是本發(fā)明提供優(yōu)選實(shí)施例的更名條件判斷模塊圖；

圖5是本發(fā)明提供優(yōu)選實(shí)施例的假名更換實(shí)施模塊結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、詳細(xì)地描述。所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明的一部分實(shí)施例。

本發(fā)明解決上述技術(shù)問(wèn)題的技術(shù)方案是：

如圖1所示為本發(fā)明的實(shí)施結(jié)構(gòu)示意圖，包括加密區(qū)發(fā)現(xiàn)模塊、更名間隔計(jì)算模塊、假名更換實(shí)施模塊。具體說(shuō)明本發(fā)明的詳細(xì)實(shí)施過(guò)程，包括如下3個(gè)步驟：

S1：將采集到的社交網(wǎng)絡(luò)用戶興趣點(diǎn)通過(guò)聚類方法分析，形成興趣點(diǎn)簇，并通過(guò)模擬更名優(yōu)化興趣點(diǎn)簇，由其作為車輛更換假名的加密區(qū)，即為加密區(qū)發(fā)現(xiàn)過(guò)程；

S2：參數(shù)化車主隱私需求和車輛駕駛目標(biāo)，并以此計(jì)算滿足車輛需求的更名間隔，即為更名間隔計(jì)算過(guò)程；

S3：響應(yīng)模塊將更名間隔符合條件的車輛調(diào)入加密區(qū)并為其更換假名，即更名實(shí)施階段。

上述步驟S1加密區(qū)發(fā)現(xiàn)模塊操作參照?qǐng)D2所示，具體可分為如下5個(gè)步驟：

S11：利用成熟的社交平臺(tái)的公共API獲取數(shù)據(jù)源并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，得到用于聚類操作的興趣點(diǎn)集合；

S12：選擇合適的聚類算法對(duì)興趣點(diǎn)進(jìn)行聚類操作，得到興趣點(diǎn)簇；

S13：依次核對(duì)興趣點(diǎn)簇中興趣點(diǎn)的數(shù)量n并進(jìn)行判斷，興趣點(diǎn)數(shù)量大于或等于給定的閾值N時(shí)，進(jìn)行下一步操作，擬生成原始加密區(qū)；若興趣點(diǎn)數(shù)小于給定閾值，則返回上一步操作；

S14：將滿足條件的興趣點(diǎn)簇定義為車輛加密區(qū)，由控制平臺(tái)將加密區(qū)的位置信息發(fā)送給RSU，并由RSU形成原始加密區(qū)；

S15：形成原始加密區(qū)之后，控制平臺(tái)首先選取車輛進(jìn)行更名操作模擬，根據(jù)操作結(jié)果進(jìn)一步優(yōu)化當(dāng)前加密區(qū)。接下來(lái)，加密區(qū)優(yōu)化模塊再將加密區(qū)的評(píng)價(jià)返回給步驟S12，以便優(yōu)化聚類參數(shù)。最后，控制平臺(tái)查詢加密區(qū)日志庫(kù)中是否存在該加密區(qū)的相關(guān)信息，若無(wú)則更新加密區(qū)日志庫(kù)。

上述步驟S2更名間隔計(jì)算模塊操作參考圖3所示，可分為如下5個(gè)步驟：

S21：入網(wǎng)車輛向控制平臺(tái)發(fā)送隱私保護(hù)需求與車輛駕駛目標(biāo)；

S22：由控制平臺(tái)評(píng)估車主隱私保護(hù)需求等級(jí)并返回相應(yīng)系數(shù)；

S23：由控制平臺(tái)計(jì)算車輛起點(diǎn)與終點(diǎn)之間的距離將車主駕駛目標(biāo)參數(shù)化。假設(shè)車輛當(dāng)前位置為S_i(x_i,y_i)，目的地位置為S_j(x_j,y_j)，則該車駕駛目標(biāo)為

S24：計(jì)算模塊接收相應(yīng)參數(shù)后計(jì)算對(duì)應(yīng)車輛的更名間隔，具體計(jì)算方式為

S25：將計(jì)算得到的更名間隔發(fā)送給更名條件判斷模塊，由該模塊判斷申請(qǐng)更名的車輛是否符合更名條件，若需要更名則將車輛引入加密區(qū)，進(jìn)行相應(yīng)的更名措施；否則繼續(xù)等候，直到達(dá)到更名條件。

上述步驟S25更名條件判斷模塊參考圖4所示，可分為如下4個(gè)步驟：

S251：車輛的更名間隔被計(jì)算出后會(huì)發(fā)送給控制平臺(tái)比較器。定義影響車輛成功更名的上限閾值和下限閾值，并將車輛的更名間隔與其進(jìn)行比較；

S252：當(dāng)某輛車的假名更換間隔持續(xù)高于上限閾值的時(shí)候，需要為其更換假名，避免車輛長(zhǎng)期使用同一假名加密消息，被攻擊者持續(xù)追蹤，即滿足條件：T_ci(V_i)＞T_{change_upper}時(shí)，將車輛V_i加入更換隊(duì)列Q_{change_object}，強(qiáng)制V_i更換假名；

S253：當(dāng)某輛車的假名更換間隔在上下限閾值之間，即滿足條件：T_{change_lower}＜T_cj(V_j)＜T_{change_upper}時(shí)，則將V_j加入假名更換隊(duì)列，表示V_j的假名更換時(shí)間已到，需要更換假名來(lái)實(shí)現(xiàn)車輛的隱私保護(hù)；

S254：若某輛車的假名更換間隔持續(xù)低于下限閾值的時(shí)候，該車請(qǐng)求過(guò)于頻繁，即滿足條件：T_ck(V_k)＜T_{change_lower}時(shí)，記錄該車輛本次的假名更換申請(qǐng)，將車輛V_k加入更名候選隊(duì)列Q_{change_candidate}中，當(dāng)車輛第三次申請(qǐng)時(shí)，為其更換假名。

上述步驟S3假名更換實(shí)施模塊操作參考圖5所示，可分為如下6個(gè)步驟：

S31：A車需要更換假名時(shí)向控制平臺(tái)發(fā)送更名申請(qǐng)；

S32：路側(cè)設(shè)備收到車輛申請(qǐng)后向控制平臺(tái)轉(zhuǎn)發(fā)車輛申請(qǐng)；

S33：控制平臺(tái)收到車輛申請(qǐng)后進(jìn)行判斷，如果符合更名條件則向距離該車最近的K個(gè)路側(cè)設(shè)備發(fā)送命令消息，規(guī)定由這些路側(cè)設(shè)備形成的加密區(qū)為車輛提供假名更換服務(wù)，加密區(qū)內(nèi)的其他車輛也要申請(qǐng)更換假名；

S34：路側(cè)設(shè)備負(fù)責(zé)向其通信區(qū)域內(nèi)的車輛轉(zhuǎn)發(fā)來(lái)自控制平臺(tái)的命令消息；

S35：加密區(qū)內(nèi)的其他車輛(如B車)發(fā)送更名申請(qǐng)；

S36：由控制平臺(tái)統(tǒng)一為申請(qǐng)更名的車輛頒發(fā)假名。

本發(fā)明所述的車聯(lián)網(wǎng)中的隱私保護(hù)系統(tǒng)及方法，其創(chuàng)新點(diǎn)在于，利用聚類算法發(fā)現(xiàn)用戶較為感興趣的地點(diǎn)或區(qū)域，即興趣點(diǎn)密集區(qū)域，形成為車輛提供假名更換服務(wù)的加密區(qū)，對(duì)車輛位置隱私保護(hù)更具有針對(duì)性和高效性；在計(jì)算更名間隔上，充分考慮影響車主隱私保護(hù)效果的因素，將車主隱私保護(hù)需求和車輛駕駛目的地相結(jié)合，互相補(bǔ)充對(duì)隱私保護(hù)效果的影響力，在計(jì)算假名更換間隔時(shí)考慮二者的影響力，使得假名更換間隔的計(jì)算結(jié)果更具全面性和準(zhǔn)確性；利用加密區(qū)的保密性為車輛更換假名，降低攻擊者將車輛的新舊假名關(guān)聯(lián)起來(lái)的概率，有效地避免攻擊者對(duì)車輛進(jìn)行的持續(xù)追蹤，使得車主能在不間斷通信的情況下安全有效地更換車輛的假名，為車主提供個(gè)性化的隱私保護(hù)策略。

以上這些實(shí)施例應(yīng)理解為僅用于說(shuō)明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。在閱讀了本發(fā)明的記載的內(nèi)容之后，技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明作各種改動(dòng)或修改，這些等效變化和修飾同樣落入本發(fā)明權(quán)利要求所限定的范圍。