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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