[论文解读] Privacy-Preserving Verifiable Incentive Mechanism for Crowdsourcing Market Applications

Jiajun Sun|arXiv (Cornell University)|Nov 25, 2013

Mobile Crowdsensing and Crowdsourcing参考文献 34被引用 3

一句话总结

本文提出两种隐私保护的可验证激励机制，用于众包感知，确保用户参与的真实性，同时保护用户和平台的隐私。通过利用有序加密和可信拍卖发布者，该机制使用户能够在不泄露敏感数据的情况下验证支付的正确性，其性能与非私有的对应机制相当，且在移动设备上的开销极小。

ABSTRACT

Recently, a novel class of incentive mechanisms is proposed to attract extensive users to truthfully participate in crowd sensing applications with a given budget constraint. The class mechanisms also bring good service quality for the requesters in crowd sensing applications. Although it is so important, there still exists many verification and privacy challenges, including users' bids and subtask information privacy and identification privacy, winners' set privacy of the platform, and the security of the payment outcomes. In this paper, we present a privacy-preserving verifiable incentive mechanism for crowd sensing applications with the budget constraint, not only to explore how to protect the privacies of users and the platform, but also to make the verifiable payment correct between the platform and users for crowd sensing applications. Results indicate that our privacy-preserving verifiable incentive mechanism achieves the same results as the generic one without privacy preservation.

研究动机与目标

• 为解决众包感知应用中用户成本、感知偏好和平台支付行为等关键隐私泄露问题。
• 确保平台向用户支付的正确性可被验证，防止虚假结果或虚构出价等恶意行为。
• 设计在保护隐私的同时保持真实性与预算可行性的激励机制，采用密码学技术实现。
• 通过最小化通信和计算开销，实现机制在移动设备上的实际部署。
• 平衡隐私保护与可验证性之间的权衡，这两者在激励机制中通常存在冲突。

提出的方法

• 利用有序加密（OPES）使拍卖发布者能够在不暴露底层数值的情况下对加密的用户出价进行排序和阈值支付计算。
• 采用不经意传输（OT）和盲签名技术保护用户身份，并在出价提交过程中防止出价抵赖。
• 引入可信拍卖发布者（AI），根据加密的感知配置文件选择胜出者并计算支付，确保隐私与正确性。
• 使用公告板存储验证数据，使用户能够以密码学方式验证支付，而无需暴露敏感信息。
• 应用每出价的边际效用计算模型，在预算约束下优化胜出者选择与支付确定。
• 采用Nyberg-Rueppel数字签名方案，防止抵赖行为，确保出价与支付的真实性。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何在不损害支付可验证性的情况下，保护众包感知激励机制中用户和平台的隐私？
• RQ2 有序加密能否有效用于在加密数据上正确计算阈值支付，同时保持隐私？
• RQ3 所提机制的通信与计算开销如何？是否能高效地部署在移动设备上？
• RQ4 该机制如何确保平台无法操纵支付或虚假报告结果？
• RQ5 隐私保护机制在多大程度上保持了与非私有对应机制相同的性能？

主要发现

• 所提机制在无隐私保护的通用激励机制下实现相同结果，确保在胜出者选择与支付计算方面性能完全一致。
• 通信开销显著降低，最坏情况下的复杂度为O(m²)（用于支付确定），实际中低得多。
• 每位用户的计算开销保持极低，加密操作（如OT、排序）的平均运行时间仅为28毫秒，使该方案适用于移动设备。
• 随着胜出者数量的增加，计算开销达到饱和点，稳定在恒定值，表明具备可扩展性。
• 由于公告板上预先存储了数据，验证开销可忽略不计，从而实现高效且安全的用户验证。
• 该机制可防止出价抵赖，并确保在机制关闭前，任何一方（包括平台）都无法访问出价信息。