[發明專利]一種排除曾匹配司機的隱私保護網約車方法與系統

有效

• 申請號: 202110473231.4
• 申請日: 2021-04-29
• 公開（公告）號: CN113158250B
• 公開（公告）日: 2022-10-04
• 發明（設計）人: 李萌;高劍博
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: G06F21/62
• 分類號: G06F21/62;G06F21/33;G06Q30/06;G06Q50/30
• 代理公司: 安徽省合肥新安專利代理有限責任公司 34101
• 代理人: 陸麗莉;何梅生

1.一種排除曾匹配司機的隱私保護網約車方法，其特征是應用于多個乘客R、多個司機D、一個網約車服務商RHSP和一個認證機構所構成的網約車服務環境中；并按如下步驟進行：

步驟一、系統初始化：

步驟1.1、所述認證機構選擇t個空間編碼映射函數f₁,f₂,...,f_i,...,f_j,...,f_t，選擇空間編碼組合和函數為g_i,j＝AND(f_i,f_j)和空間編碼組合或函數為h_i,j＝OR(g_i,g_j)；其中，f_t表示第t個空間編碼映射函數；其中，f_i表示第i個空間編碼映射函數，f_j表示第j個空間編碼映射函數；AND(·)表示空間編碼和函數；g_i和g_j表示選擇兩組不同空間編碼映射函數后使用空間編碼和函數的結果；OR(·)表示空間編碼組合或函數；i和j的范圍為1……t；

步驟1.2、所述認證機構設定不可分辨布隆過濾器IBF參數：設定每個乘客和每個司機的二進制表示長度為w；選擇一個含有m對雙元組的數組集合B；選擇u個不同的哈希函數H₁,H₂,...,H_u和一個隨機哈希函數H；其中，H_u表示第u個哈希函數；

步驟1.3、所述認證機構公示公共參數集合pp＝{f₁,f₂,...,f_t,IBF,w,B,H₁,H₂,...,H_u,H}；

步驟二、實體注冊：

步驟2.1、所述認證機構定期產生u+1個密鑰SK＝(k₁,k₂,...,k_v,...,k_u+1)，其中，k_v表示第v個密鑰；第i個乘客R_i以個人身份向認證機構注冊，認證機構為第i個乘客R_i產生乘客證書CT_i＝{ct_i1,ct_i2,...,ct_iv}和乘客R_i的公鑰和乘客R_i的私鑰并將集合發送給第i個乘客R_i；其中，ct_iv是第v個乘客R_i的乘客證書；

步驟2.2、第j個司機D_j以車牌身份向認證機構注冊，認證機構為第j個司機D_j產生司機證書CT_j＝{ct_j1,ct_j2,...,ct_jv}和司機D_j的公鑰和司機D_j的私鑰并將集合發送給第j個司機D_j，其中，ct_jv是第v個司機D_j的司機證書；

步驟2.3、網約車服務商RHSP以服務商身份向認證機構注冊，認證機構產生一個網約車服務商RHSP的公鑰私鑰對(pk,sk)，并將網約車服務商RHSP的私鑰sk發送給網約車服務商RHSP；將所述第i個乘客R_i的公鑰所述第j個司機的公鑰和所述網約車服務商RHSP公鑰pk進行公示；

步驟三、服務請求：

步驟3.1、第i個乘客R_i從t個所述空間編碼映射函數f₁,f₂,...,f_t中第一次隨機選擇一組4個空間編碼映射函數，并使用相應的空間編碼組合和函數，計算第i個乘客R_i當前所在位置一fl_i1；

步驟3.2、第i個乘客R_i重復執行步驟3.1三次，從而選取三組不同的空間編碼映射函數，并得到第i個乘客R_i當前所在位置二fl_i2、第i個乘客R_i當前所在位置三fl_i3、第i個乘客R_i當前所在位置四fl_i4，再使用空間編碼組合或函數h_i,j＝OR(g_i,g_j)，計算h_1,2＝OR(fl₁,fl₂)及h_3,4＝OR(fl₃,fl₄)，再計算出第i個乘客R_i當前所在位置區域fa_i＝OR(h_1,2,h_3,4)；

步驟3.3、第i個乘客R_i分別將第i個乘客R_i當前所在位置一fl_i1轉換為第一字符串str_i1，將第i個乘客R_i當前所在位置二fl_i2轉換為第二字符串str_i2，將第i個乘客R_i當前所在位置三fl_i3轉換為第三字符串str_i3，將第i個乘客R_i當前所在位置四fl_i4轉換為第四字符串str_i4，再使用無前綴編碼方式將第i個乘客R_i當前所在位置區域fa_i和四個字符串str_i1,str_i2,str_i3,str_i4組合成第i個乘客R_i字符串集合Q_i；

步驟3.4、第i個乘客R_i選出曾匹配司機并排除后，使用前綴編碼方式產生新的司機集合S_i，再使用字符串連接方式處理所述第i個乘客R_i字符串集合Q_i與所述新的司機集合S_i，從而得到乘客R_i請求參數集合Q_i′；

步驟3.5、第i個乘客R_i激活所述不可分辨布隆過濾器IBF：隨機產生一個包含n個數的隨機數集合r_n，并通過使用u個不同的哈希函數H₁,H₂,...,H_u、所述隨機哈希函數H和u+1個所述密鑰SK＝(k₁,k₂,...,k_u+1)，將所述乘客R_i請求參數集合Q_i′中的每個元素分別與所述隨機數集合r_n中的任意一個隨機數組合后插入到所述含有m對雙元組的數組集合B中，從而得到激活后的不可分辨布隆過濾器IBF；

步驟3.6、第i個乘客R_i使用所述網約車服務商RHSP的公鑰pk加密所述新的不可分辨布隆過濾器IBF和所述隨機數集合r_n并生成第i個乘客R_i密文C_i，再使用所述第i個乘客R_i的私鑰對所訴第i個乘客R_i密文C_i進行簽名得到第i個乘客R_i數字簽名c_i；

步驟3.7、第i個乘客R_i將所述第i個乘客R_i密文C_i、所述第i個乘客R_i數字簽名c_i和所述第i個乘客R_i證書CT_i進行組合后得到服務請求集合Index_i發送給網約車服務商RHSP；

步驟四、請求響應：

步驟4.1、第j個司機D_j從t個所述空間編碼映射函數f₁,f₂,...,f_t中第一次隨機選擇一組4個空間編碼映射函數，并使用相應的空間編碼組合和函數，計算第j個司機D_j當前所在位置一fl_j1；

步驟4.2、第j個司機D_j重復執行步驟4.1三次，從而選取三組不同的空間編碼映射函數，并得到第j個司機D_j當前所在位置二fl_j2、第j個司機D_j當前所在位置三fl_j3、第j個司機D_j當前所在位置四fl_j4，再使用空間編碼組合或函數h_i,j＝OR(g_i,g_j)，計算h^j_1,2＝OR(fl_j1,fl_j2)及h^j_3,4＝OR(fl_j3,fl_j4)，再計算出第j個司機D_j當前所在位置區域fa_j＝OR(h^j_1,2,h^j_3,4)；

步驟4.3、第j個司機D_j分別將第j個司機D_j當前所在位置一fl_j1轉換為第一字符串str_j1，將第j個司機D_j當前所在位置二fl_j2轉換為第二字符串str_j2，將第j個司機D_j當前所在位置三fl_j3轉換為第三字符串str_j3，將第j個司機D_j當前所在位置四fl_j4轉換為第四字符串str_j4，再使用無前綴編碼方式將所述第j個司機D_j當前所在位置區域fa_j和四個字符串str_j1,str_j2,str_j3,str_j4組合成第j個司機D_j字符串集合Q_j；

步驟4.4、第j個司機D_j使用前綴編碼方式產生自身身份集合S_j，使用字符串連接方式處理所述第j個司機D_j字符串集合Q_j與所述司機集合S_j，得到第j個司機D_j響應參數集合Q_j′；

步驟4.5、第j個司機D_j使用所述u個不同的哈希函數H₁,H₂,...,H_u、所述隨機哈希函數H和所述u+1個密鑰SK＝(k₁,k₂,...,k_u+1)運算所述第j個司機D_j響應參數集合Q_j′中的每個元素q_j，得到運算結果RP_j；

步驟4.6、第j個司機D_j使用所述網約車服務商RHSP公鑰pk加密所述運算結果RP_j生成第j個司機D_j密文C_j，并所述第j個司機D_j私鑰對所訴第j個司機D_j密文C_j簽名得到第j個司機D_j數字簽名c_j；

步驟4.7、第j個司機D_j將所述第j個司機D_j密文C_j、所述第j個司機D_j數字簽名c_j和所述第j個司機D_j證書CT_j的服務響應集合Token_j發送給網約車服務商RHSP；

步驟五、請求匹配：

步驟5.1、網約車服務商RHSP接收到所述服務請求集合Index_i和所述服務響應集合Token_j后，使用所述第i個乘客R_i的公鑰驗證所述第i個乘客R_i數字簽名c_i，并使用所述第j個司機D_j的公鑰驗證所述第j個司機D_j數字簽名c_j；如果均證成功，則入步驟5.2，否則丟棄當前接收的信息，并等待接收下一條；

步驟5.2、網約車服務商RHSP使用所述網約車服務商RHSP的私鑰sk解密所述第i個乘客R_i密文C_i和所述第j個司機D_j密文C_j，得到所述新的不可分辨布隆過濾器IBF、所述隨機數集合r_n和所述運算結果RP_j，從而使用所述新的數組集合B_i、所述隨機數集合r_n和所述運算結果RP_j產生匹配結果G；

步驟5.3、網約車服務商RHSP產生一個第i個乘客R_i和第j個司機D_j的認證碼au_ij，并使用所述第i個乘客R_i的公鑰加密所述匹配結果G、使用所述乘客證書CT_i和所述認證碼au_ij得到乘客密文再使用所述網約車服務商RHSP的私鑰sk對乘客密文簽名得到乘客數字簽名σ_i，將所述乘客密文和所述乘客數字簽名σ_i進行組合后得到的集合MR_i發送給第i個乘客R_i；

步驟5.4、網約車服務商RHSP使用所述第j個司機D_j的公鑰加密所述匹配結果G、并使用所述第j個司機證書CT_j和所述認證碼au_ij得到司機密文再使用所述網約車服務商RHSP的私鑰sk對司機密文簽名得到司機數字簽名σ_j，將所述司機密文和所述司機數字簽名σ_j進行組合后得到的集合MD_j發送給第j個司機D_j；

步驟六、請求服務：

步驟6.1、第j個司機D_j接收到所述集合MD_j后，使用所述網約車服務商RHSP的公鑰pk驗證所述司機數字簽名σ_j，若驗證通過，則使用所述第j個司機D_j的私鑰解密所述司機密文得到所述匹配結果G和所述認證碼au_ij，從而通過所述匹配結果G和所述認證碼au_ij與第i個乘客R_i建立聯系，以提供網約車服務；

步驟6.2、第i個乘客R_i接收到所述集合MR_i，使用所述網約車服務商RHSP的公鑰pk驗證所述數字簽名σ_i，若驗證通過，則使用所述第i個乘客R_i的私鑰解密所述乘客密文得到所述匹配結果G和所述認證碼au_ij，從而通過所述匹配結果G和所述認證碼au_ij與第j個司機D_j建立聯系，以接收網約車服務。

2.一種排除曾匹配司機的隱私保護網約車系統，其特征是執行如權利要求1所述的排除曾匹配司機的隱私保護網約車方法，該系統包括：多個乘客模塊、多個司機模塊、一個網約車服務商模塊以及一個認證機構模塊；

所述乘客模塊包括：乘客注冊單元、請求生成單元、請求傳送單元和服務接收單元；

所述司機模塊包括：司機注冊單元、請求響應單元、響應傳送單元和服務提供單元；

所述網約車服務商模塊包括：網約車服務商注冊單元、身份驗證單元、服務匹配單元和匹配結果傳送單元；

所述認證機構模塊包括：系統初始化單元和實體注冊單元；

所述系統初始化單元用于生成空間編碼映射函數、空間編碼組合函數、雙元組數組集合、哈希函數和隨機函數，并公示至系統內所有單元；

所述實體注冊單元接收乘客注冊單元提交的注冊信息后，生成乘客證書和乘客公私鑰對，并將乘客證書和乘客私鑰發送至乘客注冊單元，將乘客公鑰公示至系統內所有單元；

所述實體注冊單元接收司機注冊單元提交的注冊信息后，生成司機證書和司機公私鑰對，并將司機證書和司機私鑰發送至司機注冊單元，將司機公鑰公示至系統內所有單元；

所述實體注冊單元接收網約車服務商注冊單元提交的注冊信息后，生成網約車服務商公私鑰對，并將網約車服務商私鑰發送至網約車服務商注冊單元，將網約車服務商公鑰公示至系統內所有單元；

所述網約車服務商注冊單元向實體注冊單元完成注冊后，接收所述實體注冊單元提交的網約車服務商私鑰，并發送至身份驗證單元；

所述請求生成單元獲取系統初始化單元公示的信息后，計算出乘客當前位置所在區域，并生成排除曾匹配司機后的準許集合，從而共同組合成字符串集合后，插入至所述雙元組數組集合，并將插入后的雙元組數組集合發送至請求傳送單元；

所述乘客注冊單元向實體注冊單元完成注冊后，接收所述實體注冊單元提交的乘客證書和乘客私鑰，并發送至請求傳送單元；

所述請求傳送單元使用接收到所述請求生成單元、所述乘客注冊單元發送的信息后，使用公示的網約車服務商公鑰生成請求密文，并使用乘客私鑰生成請求數字簽名，從而將請求密文、請求數字簽名和乘客證書發送至身份驗證單元；

所述身份驗證單元接收到所述請求傳送單元發送的請求密文、請求數字簽名和乘客證書后，利用所述網約車服務商私鑰驗證所述請求數字簽名，若驗證通過，則解密所述請求密文，并將請求解密結果發送至服務匹配單元，若驗證不通過，則丟棄當前請求密文，并等待接收下一個；

所述司機注冊單元向實體注冊單元完成注冊后，接收所述實體注冊單元提交的司機證書和司機私鑰，并發送至響應傳送單元；

所述請求響應單元獲取系統初始化單元公示的信息后，計算出司機當前位置所在區域，并生成請求響應，從而將請求響應發送至響應傳送單元；

所述響應傳送單元使用接收到所述請求響應單元、所述司機注冊單元的信息后，使用公示的網約車服務商公鑰生成響應密文，并使用司機私鑰生成響應數字簽名，從而將響應密文、響應數字簽名和司機證書發送至身份驗證單元；

所述身份驗證單元接收到所述響應傳送單元發送的響應密文、響應數字簽名和司機證書后，利用所述網約車服務商私鑰驗證響應數字簽名，若驗證通過，則解密響應密文，并將響應解密結果發送至服務匹配單元，若驗證不通過，則丟棄當前響應密文，并等待接收下一個；

所述服務匹配單元接收到所述身份驗證單元發送的請求解密結果和響應解密結果后，產生匹配結果，并將匹配結果發送至匹配結果傳送單元；

所述匹配結果傳送單元接收所述服務匹配單元發送的匹配結果后，生成認證碼，并使用公示的乘客公鑰生成乘客匹配密文，使用網約車服務商私鑰簽名生成乘客匹配數字簽名，從而將乘客匹配密文和乘客匹配數字簽名發送至接收服務單元；

所述匹配結果傳送單元使用公示的司機公鑰生成司機匹配密文，使用網約車服務商私鑰簽名生成司機匹配數字簽名，從而將司機匹配密文和司機匹配數字簽名發送至提供服務單元；

所述接收服務單元接收匹配結果傳送單元發送的乘客匹配密文和乘客匹配數字簽名后，使用公示的網約車服務商公鑰驗證乘客匹配數字簽名，若驗證通過，則使用乘客私鑰解密乘客匹配密文，得到匹配結果和認證碼，從而使用認證碼接收匹配司機提供的網約車服務；否則，丟棄匹配結果傳送單元發送的信息，并等待接收下一個；

所述提供服務單元接收匹配結果傳送單元發送的司機匹配密文和司機匹配數字簽名后，使用公示的網約車服務商公鑰驗證司機匹配數字簽名，若驗證通過，則使用司機私鑰解密司機匹配密文，得到匹配結果和認證碼，從而使用認證碼為匹配乘客提供網約車服務；否則，丟棄匹配結果傳送單元發送的信息，并等待接收下一個。