[論文レビュー] PPLS: A Privacy-Preserving Location-Sharing Scheme in Vehicular Social Networks

Chang Xu, Xuan Xie+5 more|arXiv (Cornell University)|Apr 6, 2018

Privacy-Preserving Technologies in Data参考文献 26被引用数 3

ひとこと要約

本稿では、自動車社会ネットワーク（VSN）におけるプライバシー保護型位置共有方式PPLSを提案する。この方式は、異なる友人に対して異なる閾値距離を設定可能でありながら、これらの距離のプライバシーを保護する。位置情報と社会的関係のプライバシーを確保するため、機密性の高い値を露呈せずに暗号化された距離を比較する安全な距離比較プロトコルを導入している。セキュリティ解析と性能評価により、本方式の効率性と耐障害性が確認されている。

ABSTRACT

Recent advances in Socially Aware Networks (SANs) have allowed its use in many domains, out of which social Internet of vehicles (SIOV) is of prime importance. SANs can provide a promising routing and forwarding paradigm for SIOV by using interest-based communication. Though able to improve the forwarding performance, existing interest-based schemes fail to consider the important issue of protecting users' interest information. In this paper, we propose a PRivacy-preserving Interest-based Forwarding scheme (PRIF) for SIOV, which not only protects the interest information, but also improves the forwarding performance. We propose a privacy-preserving authentication protocol to recognize communities among mobile nodes. During data routing and forwarding, a node can know others' interests only if they are affiliated with the same community. Moreover, to improve forwarding performance, a new metric {\em community energy} is introduced to indicate vehicular social proximity. Community energy is generated when two nodes encounter one another and information is shared among them. PRIF considers this energy metric to select forwarders towards the destination node or the destination community. Security analysis indicates PRIF can protect nodes' interest information. In addition, extensive simulations have been conducted to demonstrate that PRIF outperforms the existing algorithms including the BEEINFO, Epidemic, and PRoPHET.

研究の動機と目的

• 既存の自動車社会ネットワーク（VSN）における位置共有方式では、閾値距離のプライバシー保護が不十分であるという問題に対処すること。
• 車両が異なる友人に対して異なる閾値距離を定義できることで、柔軟で個別化されたアクセス制御ポリシーを実現すること。
• 攻撃者が閾値距離のパターン分析によって、車両の識別子、社会的関係、または位置情報を推定できないようにすること。
• 信頼できないサーバーに対して、実際の距離や閾値距離を露呈せずに暗号化された距離を比較できる安全な距離比較プロトコルを設計すること。
• ブロードキャスト暗号化を回避し、多様なクエリタイプをサポートする包括的で効率的かつ安全な位置共有方式（PPLS）を構築すること。

提案手法

• 同型暗号化に基づく安全な距離比較プロトコルを設計し、実際の距離と閾値距離の両方を暗号化した状態で比較可能にすることで、いずれの値も露呈しないようにすること。
• 安全な距離比較プロトコルを統合した、友人ごとの閾値距離をサポートする画期的な位置共有フレームワークを構築すること。
• 非対称暗号化と鍵管理技術を用いて、位置サーバーやソーシャルネットワークサーバーが完全なユーザープロフィールや位置データを学習できないようにすること。
• ブロードキャスト暗号化を標的クエリに置き換えることで、オーバーヘッドを低減し、ソーシャルネットワークのトポロジー漏洩を防ぐこと。
• ダミークエリとプライベートセットインターセクション技術を用いて、さらにユーザーやクエリパターンの識別子を隠蔽すること。
• 車両が暗号化された距離比較と友人固有の閾値に基づいて位置情報を取得できる新しいクエリモデルを定義すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 VSNにおける車両は、これらの距離のプライバシーを保ちつつ、異なる友人に対して異なる閾値距離を設定できるか？
• RQ2 信頼できないサーバーに対して、実際の値を露呈せずに暗号化された距離を安全に比較できる暗号プロトコルは何か？
• RQ3 ブロードキャスト暗号化を回避しつつ、細かく制御可能なアクセス制御を維持できる位置共有方式はどのように設計できるか？
• RQ4 実際の自動車環境において、提案された安全な距離比較プロトコルの性能オーバーヘッドはどの程度か？
• RQ5 閾値距離の相関関係やパターン分析に基づくプライバシー攻撃に対して、本方式はどの程度耐性を示すか？

主な発見

• 提案された安全な距離比較プロトコルにより、実際の距離と閾値距離の両方を暗号化した状態で比較可能であり、両方の値を露呈せずに、機密性の高い距離データを効果的に保護できる。
• PPLSは友人ごとの閾値距離をサポートしており、社会的接近度に基づいた柔軟で個別化されたアクセス制御ポリシーの定義が可能である。
• ブロードキャスト暗号化が標的クエリに置き換えられたため、位置サーバーはユーザーのソーシャルネットワークのトポロジーを学習できない。
• セキュリティ解析により、PPLSが内部者攻撃や閾値距離パターンによる再識別攻撃に対しても耐性を示すことが確認された。
• 性能評価では、プロトコルの実行時間の大部分が距離比較と復号処理に占められるが、リアルタイムの自動車アプリケーションにおいても十分に効率的であることが示された。
• MobiShare、N-MobiShare、MobiShare+といった先行研究に比べ、本方式はプライバシー保護と運用効率の両面で優れている。