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        無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)位置隱私保護(hù)技術(shù)分析

        2018-12-21 21:23:46趙立新三門(mén)峽職業(yè)技術(shù)學(xué)院信息傳媒學(xué)院
        數(shù)碼世界 2018年2期
        關(guān)鍵詞:位置服務(wù)攻擊者數(shù)據(jù)包

        趙立新 三門(mén)峽職業(yè)技術(shù)學(xué)院信息傳媒學(xué)院

        前言:信息化時(shí)代,人們對(duì)于信息服務(wù)有著相當(dāng)嚴(yán)格的要求,必須能夠在任何時(shí)間地點(diǎn),借助任何設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)任何內(nèi)容的查詢(xún),使得通信設(shè)備越發(fā)智能化、網(wǎng)絡(luò)化和小型化。無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn),充分滿(mǎn)足了信息時(shí)代背景下人們的信息服務(wù)需求,打破了傳統(tǒng)通信與地點(diǎn)固定連接的模式,也使得移動(dòng)信息服務(wù)成為可能。無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)提供的位置服務(wù)對(duì)于社會(huì)發(fā)展和經(jīng)濟(jì)運(yùn)作模式產(chǎn)生了不容忽視的影響,滲透到了人們工作與生活的各個(gè)方面,不過(guò),在使用位置服務(wù)的同時(shí),用戶(hù)本身的位置信息同樣可能暴露,增加了個(gè)人隱私泄露的風(fēng)險(xiǎn)。

        1 無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)概述

        無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)屬于一種任務(wù)型網(wǎng)絡(luò),其本身面向應(yīng)用,具備數(shù)據(jù)感知、數(shù)據(jù)處理以及數(shù)據(jù)傳輸功能,能夠有效滿(mǎn)足信息時(shí)代人們對(duì)于信息服務(wù)的特殊需求,也在一定程度上對(duì)人類(lèi)認(rèn)知世界的能力進(jìn)行了拓展。低功耗、低成本以及可擴(kuò)展性等優(yōu)點(diǎn)使得無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)被廣泛應(yīng)用于交通運(yùn)輸管理、環(huán)境監(jiān)測(cè)、醫(yī)療衛(wèi)生、安全監(jiān)管等領(lǐng)域,發(fā)展前景廣闊。最近幾年,以無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)為依托,位置服務(wù)取得了相當(dāng)顯著的成果,對(duì)于人們的生活習(xí)慣乃至思維方式都產(chǎn)生了不容忽視的影響,受到了社會(huì)各界的廣泛關(guān)注。例如,結(jié)合電子地圖的位置服務(wù),人們可以查詢(xún)最近的超市、車(chē)站等,找到去往目標(biāo)點(diǎn)的最近路線(xiàn);在交通運(yùn)輸行業(yè),位置服務(wù)保證了物流配送管理的有效性,實(shí)現(xiàn)了對(duì)于產(chǎn)品運(yùn)輸全過(guò)程的跟蹤定位。

        不過(guò),無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)本身采用的無(wú)線(xiàn)多跳通信很容易引發(fā)位置信息的泄漏,繼而引發(fā)嚴(yán)重后果。例如,智能交通為人們的日常出行提供了很大便利,但是通過(guò)對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)的分析,攻擊者能夠得到用戶(hù)的行為習(xí)慣和生活規(guī)律等隱私;國(guó)防軍事領(lǐng)域,位置信息一旦泄露,可能造成的危害更是無(wú)法預(yù)測(cè)?;诖耍嚓P(guān)技術(shù)人員需要切實(shí)做好無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)位置隱私保護(hù)技術(shù)的研究,確保在滿(mǎn)足用戶(hù)信息服務(wù)需求的基礎(chǔ)上,面向不同的位置信息攻擊和竊取方式,運(yùn)用虛假通信、路徑偽裝、匿名技術(shù)等,對(duì)真實(shí)的通信模式進(jìn)行隱藏和保護(hù),以避免敏感位置信息的泄漏,在這個(gè)過(guò)程中,還需要盡量提升數(shù)據(jù)查詢(xún)的效率和精度,降低通訊時(shí)延以及網(wǎng)絡(luò)能耗。

        2 無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)位置隱私保護(hù)技術(shù)

        2.1 內(nèi)涵

        最近幾年,GPS、GIS等技術(shù)的普及使得空間定位技術(shù)得到了飛速發(fā)展,位置服務(wù)也因此受到了越來(lái)越多的關(guān)注,在這種情況下,用戶(hù)個(gè)人的位置信息逐漸從隱性屬性轉(zhuǎn)變?yōu)轱@性屬性,原本屬于個(gè)人隱私的位置信息也面臨著各種各樣的安全威脅,因此,想要確保位置服務(wù)的有效性,需要首先做好位置隱私保護(hù)工作。在無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)中,位置隱私保護(hù)主要是通過(guò)先進(jìn)技術(shù)與可靠方法,針對(duì)網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的位置隱私進(jìn)行保護(hù),做好位置服務(wù)使用過(guò)程中的位置隱私保護(hù)問(wèn)題工作,避免用戶(hù)個(gè)人隱私的泄露。

        2.2 問(wèn)題

        事實(shí)上,當(dāng)人們使用位置服務(wù)時(shí),位置服務(wù)本身就可能導(dǎo)致用戶(hù)位置隱私的泄露,而電磁信號(hào)通信的方式也使得攻擊者很容易對(duì)信號(hào)進(jìn)行截取,結(jié)合一些公開(kāi)信息完成對(duì)具體用戶(hù)的精確定位,使得用戶(hù)遭遇安全威脅。從目前來(lái)看,在位置服務(wù)中,存在的攻擊方式有幾種,一是背景知識(shí)攻擊,攻擊者可以結(jié)合自身掌握的知識(shí)和技能,對(duì)位置服務(wù)用戶(hù)的身份信息進(jìn)行推斷,然后搜集其他隱私;二是樣本同質(zhì)攻擊,在匿名區(qū)域內(nèi),位置服務(wù)類(lèi)型相對(duì)較少,當(dāng)用戶(hù)發(fā)起信息查詢(xún)時(shí),攻擊者能夠輕易確定用戶(hù)的興趣愛(ài)好;三是異常值攻擊或者說(shuō)查詢(xún)樣本攻擊,這里的異常值指分布在郊區(qū)等稀疏環(huán)境下的用戶(hù),由于匿名區(qū)域較大,攻擊者通過(guò)異常值攻擊,能夠輕易確定位置信息,并將之與用戶(hù)身份進(jìn)行綁定。除上述攻擊外,針對(duì)用戶(hù)位置隱私的攻擊還包括了中心位置攻擊、查詢(xún)追蹤攻擊、軌跡攻擊等,無(wú)論哪種攻擊,都可能給用戶(hù)的隱私信息以及個(gè)人安全造成嚴(yán)重威脅。

        基于此,相關(guān)技術(shù)人員就位置隱私保護(hù)開(kāi)展了大量研究,也取得了較為顯著的成果,但是在位置隱私保護(hù)中,依然存在有兩種矛盾沖突,一是位置隱私度與服務(wù)質(zhì)量的矛盾。若位置隱私度要求高,則匿名區(qū)域會(huì)變大,位置服務(wù)提供商僅能得到非常模糊的用戶(hù)位置,從而導(dǎo)致檢索結(jié)果與用戶(hù)需求存在較大差異;反之,若用戶(hù)提供的位置信息接近真實(shí)位置,隱私度要求不高,則位置服務(wù)提供商得到的用戶(hù)信息幾乎完全真實(shí),檢測(cè)結(jié)果的精度更高,用戶(hù)位置也更容易泄漏。因此,從研究人員的角度,如何實(shí)現(xiàn)位置隱私度與服務(wù)質(zhì)量的相對(duì)平衡,在保證用戶(hù)位置隱私的同時(shí)提供更加可靠的位置服務(wù),是一個(gè)需要深入研究的問(wèn)題;二是位置隱私與個(gè)性化需求的矛盾。不同的用戶(hù)在使用位置服務(wù)時(shí)有著不同的需求,對(duì)于位置隱私度的要求同樣有所差異,并沒(méi)有相對(duì)統(tǒng)一的保護(hù)界限,如何通過(guò)個(gè)性化隱私度的設(shè)置,實(shí)現(xiàn)對(duì)于用戶(hù)的位置隱私保護(hù),同樣是一個(gè)必須重視的內(nèi)容。

        2.3 技術(shù)

        2.3.1 路徑偽裝策略

        路徑偽裝,指在無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)中,開(kāi)展數(shù)據(jù)傳輸不再以最短路徑為優(yōu)先選擇,而是選擇一條或多條偽裝路徑來(lái)延長(zhǎng)位置隱私保護(hù)周期。在實(shí)際操作中,路徑偽裝策略存在兩種不同機(jī)制,一是多路徑機(jī)制,當(dāng)攻擊者開(kāi)展逐跳回溯追蹤時(shí),想要對(duì)源節(jié)點(diǎn)進(jìn)行準(zhǔn)確定位,必須就同一路徑上傳輸?shù)囊幌盗袛?shù)據(jù)包進(jìn)行全部追蹤,而這些數(shù)據(jù)包的數(shù)量受攻擊者與源節(jié)點(diǎn)之間距離以及其攻擊范圍的影響。在多路徑機(jī)制中,源節(jié)點(diǎn)對(duì)于數(shù)據(jù)包的傳輸是從數(shù)條備用路徑中隨機(jī)選擇,會(huì)形成多個(gè)不同路徑,從而導(dǎo)致監(jiān)聽(tīng)難度的增大。在相關(guān)研究中,可以利用RP和WRS實(shí)現(xiàn)對(duì)局部攻擊者逐跳回溯追蹤的應(yīng)對(duì),利用WRSE實(shí)現(xiàn)對(duì)全局攻擊者流量分析攻擊的應(yīng)對(duì),前者可以避免路徑設(shè)置過(guò)程的相交問(wèn)題,擴(kuò)大網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍,路徑選擇概率與路徑程度成正比,不過(guò)其本身依然可能導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)相對(duì)位置的泄漏。WRS算法的引入很好地解決了這一問(wèn)題。后者以多路徑機(jī)制為基礎(chǔ),增加了間隙式數(shù)據(jù)發(fā)送以及虛假信息機(jī)制,可以產(chǎn)生攻擊誤導(dǎo)和防范的效果;二是隨機(jī)游走機(jī)制,洪范就是其中的一種特殊形式,不過(guò)考慮單純隨機(jī)游走的缺陷,這里對(duì)其進(jìn)行改進(jìn),以保證通信的質(zhì)量。以Xi等人的研究為例,其將GROW協(xié)議引入了隨機(jī)游走機(jī)制中,通過(guò)源節(jié)點(diǎn)與基站的同時(shí)游走,將目的節(jié)點(diǎn)設(shè)定為無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)的同一個(gè)代理節(jié)點(diǎn),然后通過(guò)兩條游走路徑的組合,對(duì)源節(jié)點(diǎn)到基站節(jié)點(diǎn)的隨機(jī)游走路徑進(jìn)行明確,配合布隆過(guò)濾器,有效避免了路由環(huán)路問(wèn)題,保護(hù)強(qiáng)度高,能耗低,具備良好的可行性和可靠性。

        2.3.2 陷阱誘導(dǎo)策略

        陷阱誘導(dǎo),指在無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)中設(shè)置虛假數(shù)據(jù)源、路由環(huán)路等陷阱并將攻擊者引入其中,使得其在虛假源節(jié)點(diǎn)長(zhǎng)時(shí)間停留。策略實(shí)現(xiàn)的方法有兩種,一是虛假數(shù)據(jù)源,在SLFSR(基于虛假數(shù)據(jù)源的源位置隱私保護(hù)協(xié)議)中指出,節(jié)點(diǎn)在接收到數(shù)據(jù)包后,有一定幾率形成虛假數(shù)據(jù)包并向相鄰節(jié)點(diǎn)發(fā)送,然后被其丟棄,而通過(guò)對(duì)虛假數(shù)據(jù)包形成幾率的調(diào)節(jié),能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)功耗及位置隱私保護(hù)強(qiáng)度的平衡。后續(xù)研究人員以此為基礎(chǔ),提出了PFSR協(xié)議,將被動(dòng)形成虛假數(shù)據(jù)包的機(jī)制變成了主動(dòng)發(fā)送,借此形成虛假數(shù)據(jù)源來(lái)對(duì)真實(shí)源節(jié)點(diǎn)的位置隱私進(jìn)行保護(hù);二是環(huán)路陷阱,通過(guò)在網(wǎng)絡(luò)中增加路由環(huán)路的方式,將攻擊者引入其中,使得其不斷重復(fù)監(jiān)聽(tīng)-移動(dòng)過(guò)程,只有具備環(huán)路檢測(cè)功能同時(shí)回到環(huán)路起始節(jié)點(diǎn)后,攻擊者才可能發(fā)現(xiàn)自身處于陷阱中。

        2.3.3 通信控制策略

        通信控制強(qiáng)調(diào)對(duì)網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議進(jìn)行修改,對(duì)通信模式進(jìn)行調(diào)整,避免攻擊者獲取敏感信息,其本身采用的機(jī)制包括了跨層路由、定向通信、網(wǎng)絡(luò)編碼、數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)等。這里以定向通信機(jī)制為例進(jìn)行簡(jiǎn)單分析,通過(guò)在網(wǎng)絡(luò)中設(shè)置定向天線(xiàn),可以進(jìn)行數(shù)據(jù)定向發(fā)送,降低被監(jiān)聽(tīng)和追蹤的概率,同時(shí)可以增大全局監(jiān)聽(tīng)難度。從降低無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)能耗的角度,相關(guān)文獻(xiàn)提出了一種基于熵的信息壓縮方法,當(dāng)被監(jiān)測(cè)事物出現(xiàn)變化時(shí),會(huì)進(jìn)行數(shù)據(jù)上傳,以此來(lái)代替周期性數(shù)據(jù)傳輸模式,經(jīng)過(guò)實(shí)踐,可以有效解決位置隱私保護(hù)強(qiáng)度與網(wǎng)絡(luò)能搞之間的平衡問(wèn)題。

        3 結(jié)束語(yǔ)

        總而言之,無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)的普及,帶動(dòng)了人們生活方式和思維方式的轉(zhuǎn)變,基于位置的服務(wù)也為人們的日常工作生活提供了巨大便利,推動(dòng)了信息化時(shí)代的進(jìn)一步發(fā)展。不過(guò),在位置服務(wù)中,存在著位置信息泄露的風(fēng)險(xiǎn),可能對(duì)用戶(hù)的財(cái)產(chǎn)安全和人身安全造成威脅,需要相關(guān)技術(shù)人員和研究人員的重視,對(duì)無(wú)線(xiàn)傳傳感器網(wǎng)絡(luò)位置隱私保護(hù)問(wèn)題進(jìn)行深入分析,采取切實(shí)可行方法和技術(shù),實(shí)現(xiàn)對(duì)于位置隱私的有效保護(hù),保證用戶(hù)的個(gè)人隱私安全。

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