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一种基于 区 块链和分布式存储的位置隐私保护方法

阅读：337发布：2020-05-14

专利汇可以提供一种基于区块链和分布式存储的位置隐私保护方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了一种基于区块链和分布式存储的位置隐私保护方法，包括：将用户查询请求分为多个数据段，用分布式存储网络存储所述多个数据段及用户标识数据；随机选取其中一个服务器作为加噪服务器，根据用户标识数据获取位于在其他存储服务器内的数据段而得到完整查询请求，并对查询请求进行加噪；所有位置服务提供商共同创建一条联盟链，同时在联盟链上创建一个智能合约；用户通过加密算法得到一个包括公钥和私钥的密钥对，使用公钥在联盟链上注册；用户在联盟链上选择查询请求对应的位置服务提供商，将加噪后的查询请求发送给选择的位置服务提供商，位置服务提供商根据查询请求向用户提供位置服务。，下面是一种基于区块链和分布式存储的位置隐私保护方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种基于区块链和分布式存储的位置隐私保护方法，其特征在于，包括：
将用户查询请求分为多个数据段，用分布式存储网络存储所述多个数据段及用户标识数据；
在存储所述多个数据段的多个服务器中，随机选取其中一个服务器作为加噪服务器，在加噪服务器上根据用户标识数据获取位于在其他存储服务器内的数据段而得到完整查询请求，并对查询请求进行加噪；
所有位置服务提供商共同创建一条联盟链，同时在联盟链上创建一个智能合约；
用户通过加密算法得到一个包括公钥和私钥的密钥对，使用公钥在联盟链上注册；
用户在联盟链上选择查询请求对应的位置服务提供商，将加噪后的查询请求发送给选择的位置服务提供商，位置服务提供商根据查询请求向用户提供位置服务。
2.如权利要求1所述的基于区块链和分布式存储的位置隐私保护方法，其特征在于，所述的智能合约为当位置服务提供商为用户提供位置服务后，用户自动支付加密货币给位置服务提供商；
所述的使用公钥在联盟链上注册之后，还包括：
用户需要预先向联盟链中存入加密货币；
所述位置服务提供商根据查询请求向用户提供位置服务之后，还包括：
智能合约自动运行用户支付加密货币给位置服务提供商。
3.如权利要求1所述的基于区块链和分布式存储的位置隐私保护方法，其特征在于，所述的对查询请求进行加噪，包括：
先产生服从Laplace分布的随机噪声，将噪声加入查询请求，计算方式如下：
Qu'＝Qu+Laplace(ΔF/ε)
其中，Qu'为加噪后的查询请求，Laplace(ΔF/ε)表示满足Laplace分布的噪声，ε代表Laplace噪声发布算法的差分隐私预算，ΔF代表Laplace噪声发布算法的差分隐私全局敏感度。
4.如权利要求1所述的基于区块链和分布式存储的位置隐私保护方法，其特征在于，所述的将用户查询请求分为多个数据段，用分布式存储网络存储所述多个数据段及用户标识数据，表示为：
将查询请求Qu分为{(Qu1,ID),(Qu2,ID),..(QuN,ID)}一共N个数据段，每个数据段(Quj,ID)中，Quj表示第j个数据段，j＝1,2,…,N，ID为用户名等用户标识数据；对应地，用分布式存储网络中的N个服务器分别存储所述的N个数据段。
5.如权利要求1所述的基于区块链和分布式存储的位置隐私保护方法，其特征在于，所述随机选取其中一个服务器作为加噪服务器，在加噪服务器上根据用户标识数据获取位于在其他存储服务器内的数据段而得到完整查询请求，包括：
对于存储所述N个数据段的N个服务器，随机选择其中第i∈N个服务器作为加噪服务器，在该服务器中，根据ID找到存储的数据段(Qui,ID)，然后在其他N-1个服务器上根据ID查询到其他的N-1个数据段，在加噪服务器上将这些数据段组合得到查询请求Qu。

说明书全文

一种基于区 块链和分布式存储的位置隐私保护方法

技术领域

[0001] 本发明涉及隐私保护技术领域，特别涉及一种基于区块链和分布式存储的位置隐私保护方法。

背景技术

[0002] 随着移动通信技术的不断发展以及手机、平板等智能产品的不断普及，基于位置的服务(Location-Based Service，LBS)已被广泛地应用到电子商务、卫生医疗和移动社交等领域，成为人们日常生活必不可少的重要组成。LBS是通过电信移动运营商的无线电通讯网络(如GSM网、CDMA网)或外部定位方式(如GPS)获取移动终端用户的位置信息(地理坐标，或大地坐标)，在地理信息系统平台的支持下，为用户提供包括兴趣点查询、广告推送和娱乐游戏在内的增值服务。位置服务给生活带来极大便利的同时，也给用户的个人隐私带来了潜在的危险。LBS拥有用户的位置信息和查询内容，攻击者可以通过用户提交的位置、查询内容并结合其自身掌握的背景知识，推断出用户的个人隐私信息。随着用户对个人隐私的注重，位置隐私保护方法也得到广泛研究。

[0003] 传统位置隐私保护方法主要有假位置、位置K-匿名、加密方法等。假位置方法是指用户发送查询时，按照一定的策略生成假的位置发出查询。位置K-匿名方法是通过与其他K-1个用户位置一起发出的查询请求，从而模糊用户的空间位置信息以达到隐私保护的目的。空间加密采用某种加密协议来实现用户身份和位置的保护。以上三种隐私保护模型均无法提供一种有效且严格的方法来证明其隐私水平，因此2006年Dwork等人提出了一种更为严格的可证明隐私定义，即差分隐私保护方法。差分隐私保护方法无需考虑攻击者所拥有的任何可能的背景知识，其可实现在数据集中插入或删除某一条记录后，不会对输出结果产生显著影响的数据保护效果。

[0004] LBS隐私保护技术一般通过3种系统结构实现：集中式、分布式和混合式。其中集中式和混合式都需要第三方匿名服务器参与。完全可信第三方匿名服务器在现实生活中并不可能存在，一旦第三方匿名服务器变得不可信，用户的位置隐私就会被泄露。因此设计有效的隐私保护方法来保护用户的个人隐私变得至关重要。

发明内容

[0005] 本发明的目的是提供一种基于区块链和分布式存储的位置隐私保护方法，解决位置隐私保护过程中第三方匿名服务器半可信的问题。

[0006] 为了实现上述任务，本发明采用以下技术方案：

[0007] 一种基于区块链和分布式存储的位置隐私保护方法，包括：

[0008] 将用户查询请求分为多个数据段，用分布式存储网络存储所述多个数据段及用户标识数据；

[0009] 在存储所述多个数据段的多个服务器中，随机选取其中一个服务器作为加噪服务器，在加噪服务器上根据用户标识数据获取位于在其他存储服务器内的数据段而得到完整查询请求，并对查询请求进行加噪；

[0010] 所有位置服务提供商共同创建一条联盟链，同时在联盟链上创建一个智能合约；

[0011] 用户通过加密算法得到一个包括公钥和私钥的密钥对，使用公钥在联盟链上注册；

[0012] 用户在联盟链上选择查询请求对应的位置服务提供商，将加噪后的查询请求发送给选择的位置服务提供商，位置服务提供商根据查询请求向用户提供位置服务。

[0013] 进一步地，所述的智能合约为当位置服务提供商为用户提供位置服务后，用户自动支付加密货币给位置服务提供商；

[0014] 所述的使用公钥在联盟链上注册之后，还包括：

[0015] 用户需要预先向联盟链中存入一定数量的加密货币；

[0016] 所述位置服务提供商根据查询请求向用户提供位置服务之后，还包括：

[0017] 智能合约自动运行用户支付加密货币给位置服务提供商。

[0018] 进一步地，所述的对查询请求进行加噪，包括：

[0019] 先产生服从Laplace分布的随机噪声，将噪声加入查询请求，计算方式如下：

[0020] Qu'＝Qu+Laplace(ΔF/ε)

[0021] 其中，Qu'为加噪后的查询请求，Laplace(ΔF/ε)表示满足Laplace分布的噪声，ε代表Laplace噪声发布算法的差分隐私预算，ΔF代表Laplace噪声发布算法的差分隐私全局敏感度。

[0022] 进一步地，所述的将用户查询请求分为多个数据段，用分布式存储网络存储所述多个数据段及用户标识数据，表示为：

[0023] 将查询请求Qu分为{(Qu1,ID),(Qu2,ID),..(QuN,ID)}一共N个数据段，每个数据段(Quj,ID)中，Quj表示第j个数据段，j＝1,2,…,N，ID为用户名等用户标识数据；对应地，用分布式存储网络中的N个服务器分别存储所述的N个数据段。

[0024] 进一步地，所述随机选取其中一个服务器作为加噪服务器，在加噪服务器上根据用户标识数据获取位于在其他存储服务器内的数据段而得到完整查询请求，包括：

[0025] 对于存储所述N个数据段的N个服务器，随机选择其中第i∈N个服务器作为加噪服务器，在该服务器中，根据ID找到存储的数据段(Qui,ID)，然后在其他N-1个服务器上根据ID查询到其他的N-1个数据段，在加噪服务器上将这些数据段组合得到查询请求Qu。

[0026] 本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

[0027] 现有的位置隐私保护系统结构存在一定的不可信问题和要求过于高的计算能力及存储空间，本发明采用区块链和分布式存储服务器协作的系统架构有以下优点：

[0028] 1.解决单个第三方匿名服务器半可信的问题，并且不需要客户端拥有强大的的计算能力和存储空间。

[0029] 2.使用差分隐私保护方法，无需考虑攻击者所拥有的任何可能的背景知识，有严格的数学推导证明，隐私保护度更高。

[0030] 3.联盟链的创建，使得用户交易信息只有联盟链创建者即服务提供商可见，用户的查询请求更不容易外泄，基于区块链的伪匿名，即用公钥作为用户的账户信息，用户的真实身份也难以被发现。附图说明

[0031] 图1为本发明方法的流程示意图。

具体实施方式

[0032] 基于位置的服务为用户日常生活提供了极大的便利，例如通过手机的外卖APP查询当前位置有什么外卖，或利用导航软件进行导航过程中，均需要用到位置服务。本发明提出了一种基于区块链和分布式存储的位置隐私保护方法，通过此方法解决了位置隐私保护过程中第三方匿名服务器半可信的问题，

[0033] 本发明的方法主要分为两个阶段，具体步骤如下：

[0034] 一、分布式存储阶段

[0035] S11，将用户的查询请求Qu分割为多个数据段，表示为：Qu＝{(x,y),Con}；用分布式存储网络存储所述多个数据段及用户标识数据；用户标识数据是指用户ID等。

[0036] 其中：(x,y)为用户的经纬度坐标，Con为用户的查询内容；所述的查询请求的分割方法为等长分割，或者随机分割。

[0037] 例如，将查询请求Qu分为{(Qu1,ID),(Qu2,ID),..(QuN,ID)}一共N个数据段，每个数据段(Quj,ID)中，Quj表示第j个数据段，j＝1,2,…,N，ID为用户名等用户标识数据；对应地，用分布式存储网络中的N个服务器分别存储所述的N个数据段。

[0038] 分布式存储是将数据分散存储在多台独立的服务器上。将查询内容分成若干数据段用分布式存储网络存储在不同的服务器，是为了防止攻击者攻击其中一个服务器而得到用户完整信息。

[0039] S12，在分布式网络存储所述多个数据段的多个服务器中，随机选取其中一个服务器作为加噪服务器，在加噪服务器上根据用户标识数据获取位于在其他存储服务器内的数据段而得到完整查询请求Qu，在所述加噪服务器上对查询请求Qu加噪。

[0040] 例如，对于存储所述N个数据段的N个服务器，随机选择其中第i∈N个服务器作为加噪服务器，在该服务器中，根据用户标识数据，即ID找到存储的数据段(Qui,ID)，然后在其他N-1个服务器上根据ID查询到其他的N-1个数据段，在加噪服务器上将这些数据段组合得到查询请求Qu。

[0041] 随机选取一个服务器作为加噪服务器以获取完整请求是为了给用户请求加噪，若是直接给每个数据段加噪会造成大量计算开销，加噪的目的是不让位置服务提供商获取真实位置，是一个对用户信息进行匿名的过程，所以不需要去噪，加噪后的查询请求直接由用户发送给联盟链上的位置服务提供商。

[0042] 在所述加噪服务器上对查询请求Qu加噪；具体为：

[0043] 先产生服从Laplace分布的随机噪声，将噪声加入查询请求，计算方式如下：

[0044] Qu'＝Qu+Laplace(ΔF/ε)

[0045] 其中，Qu'为加噪后的查询请求，Laplace(ΔF/ε)表示满足Laplace分布的噪声，ε代表Laplace噪声发布算法的差分隐私预算，ΔF代表Laplace噪声发布算法的差分隐私全局敏感度，全局敏感度表示更改数据集中任何数据记录时算法输出的变化。

[0046] 二、联盟链交易阶段

[0047] S21，所有位置服务提供商共同创建一条联盟链，同时在联盟链上创建一个智能合约；所述智能合约为当位置服务提供商为用户提供位置服务后，用户自动支付货币给位置服务提供商。

[0048] 联盟链：只针对特定某个群体的成员和有限的第三方，内部指定多个预选的节点为记账人，每个块的生成由所有的预选节点共同决定，其他接入节点可以参与交易，但不过问记账过程，其他第三方可以通过该区块链开放的API进行限定查询。

[0049] 智能合约：一套以数字形式定义的承诺，包括合约参与方可以执行这些承诺的协议。从程序角度来看，智能合约是编程在区块链上的程序语言，当满足某些指定条件时触发相关操作。

[0050] 联盟链的创建，使得用户交易信息只有联盟链创建者即服务提供商可见，用户的查询请求更不容易外泄。

[0051] S22，用户通过加密算法得到一个包括公钥和私钥的密钥对，使用公钥在联盟链上注册，用户需要预先向联盟链中存入一定数量的加密货币。

[0052] 在该步骤中，公钥(Public Key)与私钥(Private Key)是通过加密算法得到的一个密钥对(即一个公钥和一个私钥)，公钥是密钥对中公开的部分，私钥则是非公开的部分；其中加密算法可采用例如RSA等常用加密算法。

[0053] 基于区块链的伪匿名，使用公钥作为用户的账户信息，用户的真实身份难以被发现。

[0054] S23，用户在联盟链上选择查询请求对应的位置服务提供商，将加噪后的查询请求发送给选择的位置服务提供商，位置服务提供商根据查询请求向用户提供位置服务，智能合约自动运行用户支付加密货币给位置服务提供商。

[0055] 所述的位置服务提供商是指对应于查询请求的位置服务提供商，例如查询当前位置周围的美食信息，所述的位置服务提供商可以选择高德地图、美团外卖、大众点评等。

[0056] 应用实例：对于一个用户A，需要通过手机查询当前位置附近可入住的酒店，利用S11～S12将用户的查询请求加噪，利用S22在联盟链上生成一个账户信息，根据步骤S23，用户选择美团这一服务提供商，将加噪后的查询请求发送给美团，美团显示用户A位置附近可入住的酒店，智能合约随即运行将用户向美团支付货币。

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