[发明专利]隐私保护的安全位置服务范围查询外包方法

摘要

本发明公开了一种隐私保护的安全位置服务范围查询外包方法，包括：步骤1，位置服务提供商利用Hilbert曲线和Merkle哈希树对POI数据进行预处理，获得POI数据密文集和Merkle哈希树树根的签名，并发送给云服务提供商；步骤2，位置服务提供商对用户位置信息进行预处理，获得用户位置信息的Hilbert值范围Q'，并将Hilbert值范围Q'发送给云服务提供商；步骤3，云服务提供商将Hilbert值范围Q'与POI数据密文集中各POI数据密文的Hilbert值一一比对，将与Hilbert值范围Q'中所包含Hilbert值相同的POI数据密文返还给用户；步骤4，用户验证返回的POI数据密文的完整性和正确性。本发明方法在保障数据隐私性和查询结果完整性的同时，还可减小计算和通信开销，从而提高效率。

主权项

1.隐私保护的安全位置服务范围查询外包方法，其特征是，包括步骤：步骤1，位置服务提供商对POI数据进行预处理，POI表示兴趣点；本步骤进一步包括子步骤：1.1根据POI数据集获得整个空间区域，并进一步获得整体空间区域的最小外接矩形区域；1.2将该最小外接矩形区域划分为4个子矩形区域，该4个子矩形区域记为第1层的子矩形区域；按照预设的构造规则，用三条线段将该4个子矩形区域的中心点顺次连接，获得第1层的子型曲线；所述的构造规则包括Hilbert曲线的起点、方向、缩放因子和阶数，起点选择该4个子矩形区域的中心点之一，方向为顺时针方向或逆时针方向，起点和方向随机设置，缩放因子和阶数根据实际安全需要定制，缩放因子和阶数越大安全性越强；子步骤1.2中，将该最小外接矩形区域划分为4个子矩形区域，具体为：采用过该最小外接矩形区域中心点的两条相互垂直的直线，将该最小外接矩形区域划分为4个子矩形区域；1.3逐层构造子型曲线，获得Hilbert曲线，具体为：1.3a对第m层的各子矩形区域分别进行如下操作，其中，m的初始值为1：将第m层的子矩形区域划分为第(m+1)层的4个子矩形区域，按照预设的构造规则，用三条线段将该第(m+1)层的4个子矩形区域的中心点顺次连接，获得该第m层的子矩形区域的子型曲线；1.3b沿着第m层的子型曲线的走向，连接第m层的各子矩形区域的子型曲线，得第(m+1)层的子型曲线；1.3c令m＝m+1，重复执行子步骤1.3a～1.3c，直至获得第M层的子型曲线，第M层的子型曲线即最终的Hilbert曲线；M为预设的层数，根据经验取值；1.4沿着Hilbert曲线对Hilbert曲线穿过的最小子矩形区域顺序编码，该编码即Hilbert值；1.5根据POI数据集中各POI对象的位置获得各POI对象的Hilbert值，即将各POI对象位置所落入的最小子矩形区域的编码作为该POI对象的Hilbert值；1.6按照Hilbert值从大到小对POI数据密文C_i’进行排序，得到排序后的POI数据密文集其中，n为POI数据集中POI对象的总数，C_i’包含第i个POI对象的Hilbert值及密文，该密文即使用对称加密算法对第i个POI对象的位置信息及数据内容进行加密后生成的密文；1.7对排序后的POI数据密文集构造Merkle哈希树，具体为：1.7a判断n是否为2的幂数，若是，执行子步骤1.7b；否则，执行子步骤1.7c；1.7b构造深度为d的二叉树，d和n存在数学关系n＝2^d；二叉树中，每个叶子节点对应一个POI数据密文C_i’，且按Hilbert值从小到大的顺序将各POI数据密文C_i’顺次赋给各叶子节点；叶子节点的哈希值通过对POI数据密文C_i’进行哈希运算获得，每一个非叶子节点的哈希值为它的两个直接子节点的哈希值所串接；1.7c构造深度为d'的二叉树，d'和n'存在数学关系n'＝2^d'，n'为所有大于n的2的幂数中的最小值；二叉树中，前n个叶子节点分别对应一个POI数据密文C_i’，且按Hilbert值从小到大的顺序将各POI数据密文C_i’顺次赋给前n个叶子节点；其他叶子节点为冗余叶子节点；每一个非叶子节点的哈希值为它的两个直接子节点的哈希值所串接；1.7d使用C_i’和T_i计算树根的哈希值，将树根哈希值进行签名，T_i为所有被用来验证叶子节点C_i’的最小中间节点集合；1.8将POI数据密文集和签名发送给云服务提供商；步骤2，位置服务提供商对用户位置信息进行预处理；本步骤具体为：根据用户位置信息确定用户所需要查询的区域范围Q，区域范围Q内所有最小子矩形区域的编码构成Hilbert值范围Q'，将Hilbert值范围Q'发送给云服务提供商；步骤3，云服务提供商将Hilbert值范围Q'与POI数据密文集中各POI数据密文的Hilbert值一一比对，将与Hilbert值范围Q'中所包含Hilbert值相同的POI数据密文以及用来恢复出签名的最小中间节点集合、签名返还给用户；步骤4，用户验证返回的POI数据密文的Hilbert值与Hilbert值范围Q'中的Hilbert值在数量和数值上是否一致，若不一致，抛弃本次返回的数据；若一致，采用返回的POI数据密文和最小中间节点集合恢复出树根的签名，并验证与位置服务提供商的签名是否一致，若一致，则对本次返回的POI数据密文进行解密，否则，抛弃本次返回的数据。