[發明專利]一種軌跡時間模式的差分隱私保護方法及系統

有效

• 申請號: 202010858883.5
• 申請日: 2020-08-24
• 公開（公告）號: CN111950028B
• 公開（公告）日: 2021-08-31
• 發明（設計）人: 王豪;吳婷婷;王昭琨;夏英;張旭
• 申請（專利權）人: 重慶郵電大學
• 主分類號: G06F21/62
• 分類號: G06F21/62;G06K9/62;H04W4/029
• 代理公司: 北京同恒源知識產權代理有限公司 11275
• 代理人: 楊柳岸

本發明涉及一種軌跡時間模式的差分隱私保護方法及系統，屬于數據挖掘領域。首先基于匿名化的思想，使用k?匿名對軌跡時間數據進行粗粒度擾動，將原來單一時間段的數據匿名隱藏到一整天內；然后利用拉普拉斯機制對軌跡的時間戳進行細粒度的擾動；最后基于截斷拉普拉斯機制將噪聲擾動誤差限制在一個固定的范圍，從而提高發布數據的精度。解決了由于軌跡時間模式的周期性所導致的個體隱私泄露問題。

技術領域

本發明屬于數據挖掘領域，涉及一種軌跡時間模式的差分隱私保護方法及系統。

背景技術

隨著GPS和WIFI的快速發展，產生了大量的時空數據。軌跡是基于時間采樣的時空數據，包括采樣點位置、采樣時間、采樣速度等屬性，由于時空軌跡數據在時間模式上具有周期性，對其進行聚類、關聯分析可以獲得大量的個人隱私信息。例如，通過觀察用戶從周一到周五的早高峰時期的固定位置，可以推斷出該地點有很大概率是用戶的家庭住址。近年來，由于軌跡時間模式所導致的隱私泄漏事件時有發生，對用戶的財產安全造成了極大的威脅，因此，保護用戶軌跡時間模式的隱私具有重要意義。

目前，用戶軌跡時間模式的隱私保護技術大致分為三類:泛化(將用戶的精確時間信息進行模糊化)、抑制(選擇性發布用戶時間數據)和假數據(將用戶的真實時間信息通過一定的變換生成假信息)。其中，以基于泛化的k-匿名保護模型應用最為廣泛，其基本思想是：設法切斷準標識符與隱私屬性之間的一對一關系，使得每條時間記錄都無法和其他至少k-1條時間記錄進行區分，從而達到保護時間模式的目的。但是該模型存在以下三個問題：

(1)k-匿名保護模型的安全性與攻擊者的背景知識相關，只有在知曉攻擊者背景知識的情況下，才能保證隱私保護算法的安全性；

(2)k-匿名保護模型的安全性與數據分布的稀疏程度相關，當數據分布過于稀疏時，攻擊者很容易通過分布式攻擊方式推測出用戶的真實信息；

(3)k-匿名保護模型無法提供一種有效且嚴格的方法來證明其安全性，當k值改變時，無法定量分析其安全性。

為了克服k-匿名的缺陷，近年來，研究者開始利用差分隱私保護方法(對數據添加服從一定規律的干擾噪音)來保護軌跡的時間模式隱私。由于差分隱私能夠抵御任意背景知識和任意攻擊模型的攻擊，并且有堅實的數學理論基礎，自2006年由Dwork提出以來，差分隱私在軌跡保護方面的研究成果不斷涌現。

盡管將差分隱私應用于軌跡數據發布的研究成果已經很多，但大多是基于軌跡形狀模式以及OD(Origin-Destination)流模式的方法，針對軌跡時間模式隱私保護的研究卻很少，尤其是結合用戶活動區域推斷其居住點和工作點方面的研究較少。針對軌跡時間模式的具體攻擊方式為：根據個體軌跡遵循家—工作—家的規律，首先利用數據集提取活動區域，然后結合軌跡在不同時間的分布推斷用戶居住點及工作點，從而發現其出行規律，甚至可以推測出用戶的身份。因此，如何針對帶有時間戳的軌跡數據，在滿足差分隱私的前提下從時間模式方面保護用戶隱私仍是亟待解決的問題。

基于上述背景，本發明提出一種軌跡時間模式的差分隱私保護方法及系統，為由于軌跡時間模式的周期性所導致的個體隱私泄露問題的真正解決奠定基礎。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于提供一種軌跡時間模式的差分隱私保護方法及系統，滿足差分隱私的保護需求，同時保護用戶的時間模式，進而防止攻擊者結合時間模式推斷用戶的工作和居住地點。

為達到上述目的，本發明提供如下技術方案：

一種軌跡時間模式的差分隱私保護方法，該方法包括以下步驟：

步驟S1，軌跡數據預處理及聚類。包括以下子步驟: