《電子技術(shù)應(yīng)用》
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一種新的在線社交網(wǎng)絡(luò)的隱私保護方案
2015年電子技術(shù)應(yīng)用第4期
劉天華1，2，殷守林2，李 航1，2
1.東北大學(xué) 軟件學(xué)院，遼寧 沈陽110034； 2.沈陽師范大學(xué) 科信軟件學(xué)院，遼寧 沈陽110034
摘要： 針對用戶數(shù)據(jù)隱私容易被截取的問題，提出了一種新的用戶在線社交網(wǎng)絡(luò)隱私保護方案。傳統(tǒng)解決方案依賴于公共密鑰基礎(chǔ)設(shè)施或傳統(tǒng)密鑰分布技術(shù)，而新的方案則充分利用朋友和用戶的私有屬性熵之間的信任。通過重新構(gòu)建密碼模塊建立安全協(xié)議，對在線社交網(wǎng)絡(luò)提供安全信息服務(wù)、安全信息匹配和安全通信三種服務(wù)，最終使用戶能夠安全地存儲自己的私有數(shù)據(jù)，并建立一個會話密鑰的安全通信。
中圖分類號： TP393.08
文獻標(biāo)識碼： A
文章編號： 0258-7998(2015)04-0122-03
A new online social network privacy protection scheme
Liu Tianhua1，2，Yin Shoulin2，Li Hang1，2
1.Software College，Northeastern University，Shenyang 110034，China； 2.Software College，Shenyang Normal University，Shenyang 110034，China
Abstract： It introduces a new privacy protection scheme for users online social networks for the question of leaking users′ data privacy. The traditional solutions are based on public key infrastructure or traditional key distribution techniques.However,the new scheme is different which is based on the trust between friends and the entropy of users′ private attributes. This new scheme provides three services including security information service,safety information matching,secure communication service by rebuilding password module and establishing secure protocol.So it make users to store their privacy data in safety and the similar users can establish a secure communication session key.
Key words : online social networks；data privacy；secure protocol

　

0 引言

　　在線社交網(wǎng)絡(luò)（Online Social Networks，OSNs）[1]的出現(xiàn)給人們生活帶來巨大改變，如今比較流行的社交網(wǎng)絡(luò)有臉譜網(wǎng)、聚友網(wǎng)、微博等，由于它們具有的自然屬性，OSNs可以很容易地收集大量的用戶數(shù)據(jù)。在所有的OSNs數(shù)據(jù)中，最重要的就是配置文件屬性。在明文中的屬性配置文件都可提供給社交網(wǎng)絡(luò)服務(wù)提供商，根據(jù)不同的配置，其中一些可用于第三方。有些文件屬性的子集可以識別經(jīng)過匿名的用戶[2]，所以給用戶設(shè)計一個安全方案是必要的：（1）保護用戶專用配置文件屬性；（2）根據(jù)相似愛好建立與陌生人之間的友誼。這意味著該解決方案應(yīng)該部分地解決了隱私安全性[3]，通過為用戶配置文件屬性提供隱私保護，并允許用戶方便地計算其屬性之間的相似性。

　　本文首先介紹了新的加密構(gòu)建模塊，并簡要分析了其安全性，包括單方面交集基數(shù)協(xié)議和單方面比較協(xié)議；其次，提出了在OSNs上保護用戶私有配置文件屬性的一種方案。在該方案中，一個傳遞和單向代理重加密方案[4]允許用戶用自己的公共密鑰加密其私人配置屬性?；趩畏矫娴慕患鶖?shù)協(xié)議，設(shè)計了一個在線離線情景模式匹配的協(xié)議，它允許兩個用戶計算其個人資料相似度，其中一個可以離線操作。基于單邊比較協(xié)議和模糊提取器方案，設(shè)計了一個在線網(wǎng)上個人資料匹配協(xié)議，允許兩個在線用戶計算他們的個人資料相似性；再次，用戶交流是在社交網(wǎng)絡(luò)平臺服務(wù)提供方的監(jiān)視下，從而提出了一個安全信道建立協(xié)議，即如果兩個用戶共享一定數(shù)量的普通私有配置文件屬性，就允許他們交換會話密鑰。

1 新密碼構(gòu)建模塊

　　所提出的解決方案采用傳遞和單向代理重加密密碼體制，即KeyGen、Enc、Dec、Pextract、Preenc 5種算法。

　　1.1 單方面設(shè)置交叉基數(shù)協(xié)議[5]

　　令?姿是安全參數(shù)，整數(shù)n>1，q是素數(shù)，F(xiàn)是一個有限域且F=Zq。設(shè)q的比特長度是?姿的多項式，且n<q?？紤]以下服務(wù)器/客戶設(shè)置：服務(wù)器擁有一個多項式R(x)∈F[x]；客戶具有多項式Q(x)∈F[x]，ci∈F(1≤i≤n)。設(shè)R(x)和Q(x)是n階多項式，G(x)=R(x)+Q(x)，di∈F。下面的協(xié)議過程允許客戶在ci與di之間使用交集基數(shù)，而服務(wù)端不做任何處理。

　　(1)服務(wù)器產(chǎn)生一個paillier密鑰對(PKs，SKs)，公鑰PKs=(Ns，gs)；客戶端產(chǎn)生一個paillier密鑰對(PKc，SKc)，公鑰PKc=(Nc，gc)；然后，交換和驗證公鑰。假設(shè)q5<Ns且q<Nc，則多項式系數(shù)和根可以直接由公鑰加密。

　　(2)服務(wù)器加密多項式R(x)并發(fā)送密文[R(x)]給客戶，包含R(x)的系數(shù)密文。

　　1.jpg

　　(5)客戶解密Ri(1≤i≤n)，計算0的個數(shù)作為交集大小的判定條件。

　　1.2 單邊比較協(xié)議

　　令G是素數(shù)階p的線性組，兩個哈希函數(shù)H2:{0，1}→G和H3:{0，1}→{0，1}。如果一個用戶想要測試他的值S是否等于服務(wù)器提供的值S′，則用戶就要發(fā)起如表1所示協(xié)議。

001.jpg

2 對OSNs的新解決方案

　　通常假設(shè)在OSNs中朋友間有半信任關(guān)系。半信任關(guān)系指的是一方可以相信另一方不會勾結(jié)第三方泄露其私人信息，假設(shè)半信任關(guān)系是單方的且可傳遞。有一個PPCP服務(wù)器存在很多半信任關(guān)系的用戶，因此用戶不需要完全信任該服務(wù)器來儲存他的明文信息。與任何現(xiàn)有的在線社交網(wǎng)絡(luò)平臺相比，用戶需要充分信任這個服務(wù)器，這是一種進步。每個用戶都可以通過安全通道與PPCP服務(wù)器交流。此外，PPCP服務(wù)器是可信的，發(fā)布被所有用戶需要使用的參數(shù)：

　　(1)一個安全參數(shù)。

　　(2)ElGamal 參數(shù)：1個p階乘法群G，1個產(chǎn)生器g，3個密碼哈希函數(shù)H1:{0，1}?鄢→{0，1}L，H2:{0，1}?鄢→G和H3:{0，1}?鄢→{0，1}?姿，L是安全參數(shù)的多項式。

　　(3)屬性封裝參數(shù)：有限域F=Zq，q是素數(shù)。

　　把用戶定義為Ui(1≤i≤N)，N是整數(shù)，屬性定義為Ai={hi，j(1≤j≤n)}。提出的解決方案由三部分組成：安全信息存儲服務(wù)、安全信息匹配服務(wù)、安全通信服務(wù)。

　　2.1 安全信息存儲服務(wù)

　　在服務(wù)器PPCP上用戶Ui進行注冊并獲得標(biāo)志IDi，而且產(chǎn)生ElGamal公鑰和私鑰對，即PKi，SKi(SKi=xi，PKi=g)。用戶發(fā)送公共參數(shù)(IDi，PKi)給他們的朋友。

　　(1)Ui選擇一個半信任朋友的子集定義為Ui(1≤x≤Ni)。

　　(2)Ui執(zhí)行以下操作：

　　FB@JYMHDSJU624``R{)5]%L.jpg

　　(3)用戶在PPCP服務(wù)器上儲存PKi、RK、Ri(x)、[Qi(x)]。把數(shù)據(jù)與IDi作關(guān)聯(lián)，并保持SKi局部私有。

　　根據(jù)用戶數(shù)據(jù)，服務(wù)器可在用戶之間建立一個半信任關(guān)系的社交群G。該群中，在半信任用戶Ui→Uj中有一個有限邊界域。

　　2.2 安全信息匹配服務(wù)

　　假設(shè)Uj獲得關(guān)于Ui的一些公共信息，并認(rèn)為其是一個潛在的朋友。例如Ui在社交網(wǎng)上公布了一些興趣愛好以及IDi，Uj瀏覽Ui的網(wǎng)頁獲得這些信息，Uj把IDi發(fā)送給服務(wù)器要求匹配Ui。當(dāng)服務(wù)器收到請求，就會檢查Ui是否在線，如果在線，則接著檢查Ui的協(xié)議，有兩種情況：

　　(1)如果Ui在線并傾向于運行線上線上協(xié)議，則Ui和Uj都執(zhí)行線上線上協(xié)議。

　　(2)如果Ui不打算匹配，PPCP服務(wù)器試圖從Ui到Uj找到最短的半信任鏈路。如果鏈路的長度在Ui閾值之內(nèi)，服務(wù)器代替Ui運行線上線上協(xié)議，否則Uj請求會被拒絕。

　　2.3 安全通信服務(wù)

　　假設(shè)從Uj到Ui存在半信任鏈路，而這兩個用戶希望保護他們的通信，則可以運行安全通道建立協(xié)議。需要注意的是半信任鏈路的存在意味著Uj和Ui共享一定數(shù)量的共用配置文件屬性，因此，該協(xié)議將為他們生成一個公共對話密鑰。

3 三種所需協(xié)議

　　在本節(jié)中，描述兩個文件屬性匹配協(xié)議[6]和一個安全通道建立協(xié)議[7]。第一，線上線下匹配協(xié)議：用戶Uj要與Ui匹配其屬性，并且有一個代理重加密密鑰鏈RK，此時用戶Uj與服務(wù)器之間執(zhí)行加密轉(zhuǎn)換和單方面設(shè)置協(xié)議。第二，線上線上匹配協(xié)議：新協(xié)議利用模糊提取器(u，?姿1，?姿2，t，?著)，執(zhí)行用戶雙方匹配過程和用戶啟動單邊比較協(xié)議。第三，安全通道建立協(xié)議：新協(xié)議把模糊提取器方案與一個基于安全密碼認(rèn)證密鑰交換方案結(jié)合起來，當(dāng)兩用戶啟動安全通道建立協(xié)議時，首先建立短暫的隱私并產(chǎn)生兩個密鑰ckj與cki。若Ai與Aj之間的距離小于t，則ckj=cki。再次，執(zhí)行一個加密方案建立一個會話密鑰。

4 結(jié)論

　　本文簡要概述了在社交網(wǎng)絡(luò)平臺上的隱私保護解決方案，該解決方案提供了三個服務(wù)：安全信息存儲服務(wù)、安全信息匹配服務(wù)和安全通信服務(wù)，并說明了兩個文件屬性匹配協(xié)議和一個安全通道建立協(xié)議。該解決方案對在線交流提供了安全保障作用，使用戶可以在信任的第三方服務(wù)器上儲存自己的私有信息，并且在陌生用戶交流之間，也起到一定的信息加密作用，使自己的私有信息不會輕易被泄露。

　　參考文獻

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