[论文解读] 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 3

一句话总结

该论文提出PPLS，一种用于车载社交网络（VSN）的隐私保护位置共享方案，使车辆能够为不同朋友设置不同的阈值距离，同时保护这些距离的隐私。该方案引入了一种安全的距离比较协议，可在不泄露敏感值的情况下比较加密后的距离，确保位置和社交关系隐私。安全分析与性能评估证实了其高效性与鲁棒性。

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.

研究动机与目标

• 解决现有车载社交网络（VSN）位置共享方案中阈值距离缺乏隐私保护的问题。
• 使车辆能够为不同朋友定义不同的阈值距离，支持灵活、个性化的访问控制策略。
• 防止攻击者通过分析阈值距离模式推断车辆身份、社交关系或位置数据。
• 设计一种安全的距离比较协议，使未被信任的服务器能够在不暴露实际距离或阈值距离的情况下进行加密距离比较。
• 开发一种完整、高效且安全的位置共享方案（PPLS），避免使用广播加密，并支持多种查询类型。

提出的方法

• 基于同态加密设计一种安全的距离比较协议，实现对加密的实际距离与阈值距离的比较，而无需暴露任一数值。
• 将安全的距离比较协议集成到一种新型位置共享框架中，支持按朋友区分的阈值距离。
• 使用非对称加密与密钥管理技术，确保位置服务器与社交网络服务器无法获取完整的用户资料或位置数据。
• 以定向查询替代广播加密，降低开销并防止社交网络拓扑结构的泄露。
• 采用伪查询与私有集合交集技术，进一步隐藏用户身份与查询模式。
• 定义一种新型查询模型，使车辆能够基于加密距离比较与朋友特定的阈值检索位置信息。

实验结果

研究问题

• RQ1 在VSN中，车辆如何为不同朋友设置不同的阈值距离，同时保护这些距离的隐私？
• RQ2 何种密码协议可安全地比较加密距离，而不会向不可信服务器暴露实际数值？
• RQ3 如何设计一种位置共享方案，避免使用广播加密，同时保持细粒度的访问控制？
• RQ4 所提出的加密距离比较协议在真实车载环境中的性能开销如何？
• RQ5 该方案在多大程度上能抵抗基于阈值距离相关性与模式分析的隐私攻击？

主要发现

• 所提出的加密距离比较协议可实现对实际距离与阈值距离的加密比较，而无需暴露任一数值，有效保护了敏感距离数据。
• PPLS支持按朋友区分的阈值距离，使车辆能够基于社交接近度定义灵活、个性化的访问控制策略。
• 该方案防止位置服务器获知用户的社交网络拓扑结构，因为广播加密已被定向查询所取代。
• 安全分析表明，PPLS能有效抵御常见攻击，包括内部威胁以及通过阈值距离模式进行的重识别攻击。
• 性能评估表明，协议的时间消耗主要集中在距离比较与解密步骤，但整体仍适用于实时车载应用。
• 与MobiShare、N-MobiShare及MobiShare+等先前工作相比，该方案在隐私保护与运行效率方面均表现更优。