支持本地化差分隐私保护的k-modes聚类方法

如何在保护数据隐私的同时进行可用性的数据挖掘已成为热点问题。鉴于在很多实际应用场景中,很难找到一个真正可信的第三方对用户的敏感数据进行处理,文中首次提出了一种支持本地化差分隐私技术的聚类方案——LDPK-modes(Local Differential Privacy K-modes)。与传统的基于中心化差分隐私的聚类算法相比,其不再需要一个可信的第三方对数据进行收集和处理,而由用户担任数据隐私化的工作,极大地降低了第三方窃取用户隐私的可能性。用户使用满足本地d-隐私(带有距离度量的本地差分隐私技术)定义的随机响应机制对敏感数据进行扰动,第三方收集到用户扰动数据后,恢复其统计特征,生成合成数据集,并进行k-modes聚类。在聚类过程中,将数据集上频繁出现的特征分配给初始聚类中心点,进一步提高了聚类结果的可用性。理论分析和实验结果表明了LDPK-modes的隐私性和聚类可用性。     

面向差分隐私保护的聚类算法

大数据时代的数据挖掘技术在研究和应用等领域取得了较大发展,但大量敏感信息披露给用户带来了众多威胁和损失。因此,在聚类分析过程中如何保护数据隐私成为数据挖掘和数据隐私保护领域的热点问题。传统差分隐私保护k-means算法对其初始中心点的选择较为敏感,而且在聚簇个数k值的选择上存在一定的盲目性,降低了聚类结果的可用性。为了进一步提高差分隐私k-means聚类方法聚类结果的可用性,研究并提出一种新的基于差分隐私的DPk-means-up聚类算法,同时进行了理论分析和比较实验。理论分析表明,该算法满足ε-差分隐私,可适用于不同规模和不同维度的数据集。此外,实验结果表明,在相同隐私保护级别下,与其他差分隐私k-means聚类方法相比,所提算法有效提高了聚类的可用性。     

基于区块链的多方隐私保护k-means聚类方案

针对现有隐私保护k-means聚类方案迭代效率不高,中心化差分隐私保护k-means聚类方案中服务器会遭受攻击,以及本地化差分隐私保护k-means聚类方案中服务器会返回错误聚类结果的问题,提出了一种基于区块链的多方隐私保护k-means聚类方案（M-PPkCS/B）。利用本地化差分隐私技术的优势及区块链公开透明、不可篡改的特性,首先,设计一种多方k-means聚类中心初始化算法（M-kCCIA）,在保护用户隐私的同时,提高聚类的迭代效率,并确保用户联合产生初始聚类中心的正确性;然后,设计一种基于区块链的隐私保护k-means聚类算法（Bc-PpkCA）,并构建聚类中心更新算法的智能合约来在区块链上迭代更新聚类中心,从而保证各个用户都能得到正确的聚类结果。在数据集HTRU2和Abalone上进行实验的结果表明,在确保各个用户得到正确聚类结果的同时,两个数据集的准确率分别能达到97.53%和96.19%,M-kCCIA的平均迭代次数与随机化初始聚类中心算法RS的平均迭代次数相比,在两个数据集上分别减少了5.68次和2.75次。     

应用BWP指标的差分隐私保护k-means算法

差分隐私是一种基于噪声扰动的隐私保护技术,针对差分隐私保护下噪声导致的聚类中心点偏移较大的问题,提出了一种基于BWP（between-within proportion）指标的差分隐私[k]-means算法。算法将聚类有效性评价指标BWP引入到隐私预算分配过程中,对传统隐私预算分配进行加权处理,在一次迭代中为不同密度分布的簇分配不同的隐私预算,从而添加不同的随机噪声。理论分析表明新算法满足[ε]-差分隐私保护。基于四个标准数据集对新算法进行了实验,实验结果表明,在聚类结果的可用性以及算法的稳定性上新算法具有优势。     

一种面向聚类的对数螺线数据扰动方法

面向挖掘应用的隐私保护数据发布要求对数据集进行隐藏的同时维持数据的挖掘可用性,数据扰动是解决该问题的有效方法.现有的面向聚类的数据扰动方法难以兼顾原始数据个体隐私和维持数据聚类可用性,对此提出了一种基于对数螺线的隐私保护数据干扰方法.通过构建面向聚类的隐私保护数据扰动模型,利用对数螺线对原始数据进行扰动隐藏,维持原始数据的k邻域关系稳定,实现数据集聚类可用性的有效维护;进一步提出多重对数螺线扰动的策略,提高隐私保护强度.理论分析和实验结果表明:文中方法能够有效地避免数据隐私泄露,同时维持数据的聚类可用性.     

基于差分隐私保护的Stacking集成聚类算法研究

针对差分隐私保护下单一聚类算法准确性和安全性不足的问题,提出了一种基于差分隐私保护的Stacking集成聚类算法。使用Stacking集成多种异质聚类算法,将K-means聚类、Birch层次聚类、谱聚类和混合高斯聚类作为初级聚类算法,结合轮廓系数对初级聚类算法产生的聚类结果加权并入原始数据,将K-means算法作为次级聚类算法对扩展后的数据集进行聚类分析。其中,针对原始数据和初级聚类算法的聚类结果分别提出自适应的ε函数确定隐私预算,为不同敏感度的数据分配不同程度的Laplace噪声。理论分析和实验结果均表明,与单一聚类算法相比,该算法满足ε-差分隐私保护的同时有效提高了聚类准确性,实现了隐私保护与数据可用性的高度平衡。     

基于k-prototype聚类的差分隐私混合数据发布算法

差分隐私是一种提供强大隐私保护的模型。在非交互式框架下,数据管理者可发布采用差分隐私保护技术处理的数据集供研究人员进行挖掘分析。但是在数据发布过程中需要加入大量噪声,会破坏数据可用性。因此,提出了一种基于k-prototype聚类的差分隐私混合数据发布算法。首先改进k-prototype聚类算法,按数据类型的不同,对数值型属性和分类型属性分别选用不同的属性差异度计算方法,将混合数据集中更可能相关的记录分组,从而降低差分隐私敏感度;结合聚类中心值,采用差分隐私保护技术对数据记录进行处理保护,针对数值型属性使用Laplace机制,分类型属性使用指数机制;从差分隐私的概念及组合性质两方面对该算法进行隐私分析证明。实验结果表明:该算法能够有效提高数据可用性。     

一种改进的差分隐私参数设置及数据优化算法

基于差分隐私的数据扰动技术是当前隐私保护技术的研究热点,为了实现对敏感数据差分隐私保护的同时,尽量提高数据的可用性,对隐私参数的合理设置、对添加噪声后数据进行优化是差分隐私保护中的关键技术。提出了隐私参数设置算法RBPPA以及加噪数据的优化算法DPSRUKF。RBPPA将隐私参数设置构建于数据访问者和贡献者的信誉度之上,并与数据隐私度以及访问权限值关联,构造了细粒度的隐私参数设置方案; DPSRUKF采用了平方根无味卡尔曼滤波处理加噪数据,提高了差分隐私数据的可用性。实验分析表明,该算法实现了隐私参数的细粒化设置以及加噪数据优化后数据精度的提高,既为敏感数据的应用提供了数据安全保障,又为数据访问者提供了数据的高可用性。     

面向差分隐私保护的自适应谱聚类优化新算法

针对传统差分隐私保护的谱聚类算法存在聚类效果不理想的不足,提出一种面向差分隐私保护的自适应谱聚类优化新算法。采用互邻高斯核函数得到稀疏相似度矩阵,分析高维数据集的数据特征与聚类簇数的关系解决降维幅度和聚类簇数的不确定性;引入中间信息向量和中间性的概念来克服初始簇中心选取的盲目性;根据多维高斯分布离群点检验后的结果采用插补法解决离群点问题。仿真实验结果表明,该算法能够有效克服传统方法的不足,且在同一数据集相同隐私保护参数下,可以在保证数据隐私安全性的同时改善聚类效率并显著提高聚类可用性。     

基于SOM网络的差分隐私保护研究

差分隐私模型具有强大的隐私保护能力,但是也存在数据效用低等问题。为提高数据可用性并保护数据隐私,提出一种基于SOM网络的差分隐私算法(SOMDP)。首先利用SOM网络模型对数据进行聚类操作;其次,对每个划分好的聚类添加满足差分隐私的拉普拉斯噪声;最后,理论分析算法的可行性,并在真实数据集上评估SOMDP算法性能、算法的数据可用性和隐私性能。实验结果表明,SOMDP在达到差分隐私要求的前提下,可较大程度地提高差分隐私数据发布的效用。     

融合知识图谱和差分隐私的新闻推荐方法

针对现有融合知识图谱和隐私保护的推荐方法不能有效平衡差分隐私（DP）噪声与推荐系统性能的问题,提出了一种融合知识图谱和隐私保护的新闻推荐方法（KGPNRec）。首先,采用多通道知识感知的卷积神经网络（KCNN）模型融合新闻标题、知识图谱中实体和实体上下文等多维度的特征向量,以提高推荐的准确度;其次,利用注意力机制为不同敏感程度的特征向量添加不同程度的噪声,从而降低噪声对数据分析的影响;然后,对加权的用户特征向量添加统一的拉普拉斯噪声,以保证用户数据的安全性;最后,在真实的新闻数据集上进行实验分析。实验结果表明,与隐私保护的多任务推荐方法（PPMTF）和基于深度知识感知网络（DKN）的推荐方法等相比,所提KGPNRec在保护用户隐私的同时能保证方法的预测性能。在Bing News数据集上,所提方法的曲线下面积（AUC）值、准确率和F1分数与PPMTF相比分别提高了0.019、0.034和0.034。     

基于Skyline计算的社交网络关系数据隐私保护

随着社交软件的流行，越来越多的人加入社交网络产生了大量有价值的信息，其中也包含了许多敏感隐私信息。不同的用户有不同的隐私需求，因此需要不同级别的隐私保护。社交网络中用户隐私泄露等级受社交网络图结构和用户自身威胁等级等诸多因素的影响。针对社交网络数据的个性化隐私保护问题及用户隐私泄露等级评价问题，提出基于Skyline计算的个性化差分隐私保护策略（PDPS）用以发布社交网络关系数据。首先构建用户的属性向量；接着采用基于Skyline计算的方法评定用户的隐私泄露等级，并根据该等级对用户数据集进行分割；然后应用采样机制来实现个性化差分隐私，并对整合后的数据添加噪声；最后对处理后数据进行安全性和实用性的分析并发布数据。在真实数据集上与传统的个性化差分隐私方法（PDP）对比，验证了PDPS算法的隐私保护质量和数据的可用性都优于PDP算法。     

基于遗传算法的空间网格划分匿名算法

隐私泄露问题已经成为阻碍基于位置的服务（location-based services,LBS）进一步发展的原因。针对当LBS用户发送查询时,用户的个人隐私可能会泄露给攻击者的问题,提出了基于遗传算法的空间网格划分的隐私保护算法（GAGP）。算法包括两个方法,即地图分割算法和假名生成法。地图分割算法利用遗传算法给每个网格赋权值,再通过使用邻接网格扩展的方法,保证每个划分区域的查询频率基本相等。假名生成法是用户在每次发送查询时使用假名来应对长期统计的攻击方式。通过实验证明所提算法与其他三种算法相比结果较好,所以提出的方案能够有效地保护用户的隐私。     

边缘计算支持下的移动群智感知本地差分隐私保护机制

针对移动群智感知（MCS）中在用户数据提交阶段的隐私保护困难和因隐私保护造成成本增加的问题,基于本地差分隐私（LDP）保护原理设计出用户提交数据属性联合隐私保护的CS-MVP算法和用户提交数据属性独立隐私保护的CS-MAP算法。首先,基于属性关系构建用户提交数据的隐私性模型和任务数据的可用性模型,利用CS-MVP和CS-MAP算法解决隐私性约束下的可用性最大化问题;并且在边缘计算支持的MCS场景中,构建用户提交数据隐私保护下的三层MCS架构。理论分析证明了两个算法分别在数据属性联合隐私约束下和数据属性独立隐私约束下的最优性。实验结果表明,在相同隐私预算和数据量下,相较于LoPub和PrivKV,基于CS-MVP和CS-MAP算法的用户提交数据恢复正确感知数据的准确率分别平均提高了26.94%、84.34%和66.24%、144.14%。     

基于差分隐私保护的DP-DBScan聚类算法研究

差分隐私保护是一种基于数据失真的隐私保护方法,通过添加随机噪声使敏感数据失真的同时也保证数据的统计特性。针对DBScan聚类算法在聚类分析过程中会泄露隐私的问题,提出一种新的基于差分隐私保护的DP-DBScan聚类算法。在满足ε-差分隐私保护的前提下,DP-DBScan聚类算法在基于密度的DBScan聚类算法上引入并实现了差分隐私保护。算法能够有效地保护个人隐私,适用于不同规模和不同维度的数据集。实验结果表明,与DBScan聚类算法相比,DP-DBScan聚类算法在添加少量随机噪声的情况下能保持聚类的有效性并获得差分隐私保护。     

基于OPTICS聚类的差分隐私保护算法的改进

采用聚类算法预先处理个人隐私信息实现差分隐私保护,能够减少直接发布直方图数据带来的噪声累积现象,同时减小了直方图因合并方式不同带来的重构误差。针对DP-DBSCAN差分隐私算法存在对数据参数输入敏感问题,将基于密度聚类的OPTICS算法应用于差分隐私保护中,并提出改进的DP-OPTICS差分隐私保护算法,对稀疏型数据集进行压缩处理,对比采用同方差噪声和异方差噪声两种添加噪声方式,考虑攻击者能够攻破隐私信息的概率,确定隐私参数ε的上界,有效平衡了敏感信息的隐私性和数据的可用性之间的关系。将DP-OPTICS算法和基于OPTICS聚类的差分隐私保护算法、DP-DBSCAN算法进行对比,DP-OPTICS算法在时间消耗上介于其余二者之间,但是在取得相同参数的情况下,聚类的稳定性在三者中最好,因此改进后OP-OPTICS差分隐私保护算法总体上是可行的。     

基于边界点检测的变密度聚类算法

密度聚类算法因具有对噪声鲁棒、能够发现任意形状的类等优点,得到了广泛的应用。然而,在实际应用中,这种算法面临着由于数据集中不同类的密度分布不均,且类与类之间的边界难以区分等导致聚类效果较差的问题。为解决以上问题,提出一种基于边界点检测的变密度聚类算法（VDCBD）。首先,基于给出的相对密度度量方法识别变密度类之间的边界点,以此增强相邻类的可分性;其次,对非边界区域的点进行聚类以找到数据集的核心类结构;接着,依据高密度近邻分配原则将检测到的边界点分配到相应的核心类结构中;最后,基于类结构信息识别数据集中的噪声点。在人造数据集和UCI数据集上与K-means、基于密度的噪声应用空间聚类（DBSCAN）算法、密度峰值聚类算法（DPCA）、有效识别密度主干的聚类（CLUB）算法、边界剥离聚类（BP）算法进行了比较分析。实验结果表明,所提算法可以有效解决类分布密度不均、边界难以区分的问题,并在调整兰德指数（ARI）、标准化互信息（NMI）、F度量（FM）、准确度（ACC）评价指标上优于已有算法;在运行效率分析中,当数据规模较大时,VDCBD运行效率高于DPCA、CLUB和BP算法。     

Dynamic path privacy protection framework for continuous query service over road networks

Many applications of location based services (LBSs), it is useful or even necessary to ensure that LBSs services determine their location. For continuous queries where users report their locations periodically, attackers can infer more about users’ privacy by analyzing the correlations of their query samples. The causes of path privacy problems, which emerge because the communication by different users in road network using location based services so, attacker can track continuous query information. LBSs, albeit useful and convenient, pose a serious threat to users’ path privacy as they are enticed to reveal their locations to LBS providers via their queries for location-based information. Traditional path privacy solutions designed in Euclidean space can be hardly applied to road network environment because of their ignorance of network topological properties. In this paper, we proposed a novel dynamic path privacy protection scheme for continuous query service in road networks. Our scheme also conceals DPP (Dynamic Path Privacy) users’ identities from adversaries; this is provided in initiator untraceability property of the scheme. We choose the different attack as our defending target because it is a particularly challenging attack that can be successfully launched without compromising any user or having access to any cryptographic keys. The security analysis shows that the model can effectively protect the user identity anonymous, location information and service content in LBSs. All simulation results confirm that our Dynamic Path Privacy scheme is not only more accurate than the related schemes, but also provide better locatable ratio where the highest it can be around 95 % of unknown nodes those can estimate their position. Furthermore, the scheme has good computation cost as well as communication and storage costs.Simulation results show that Dynamic Path Privacy has better performances compared to some related region based algorithms such as IAPIT scheme, half symmetric lens based localization algorithm (HSL) and sequential approximate maximum a posteriori (AMAP) estimator scheme.     

普适家庭医疗系统中的隐私保护模型

针对普适家庭医疗系统(UHMS)中用户的隐私保护问题,提出UHMS中一种基于改进的角色访问控制策略、P3P技术标准和第三方可信机构的认证隐私保护模型——uPPM。模型基本实体包括用户、隐私控制中心和家庭医疗中心,其实质是将信息隐藏技术、隐私偏好策略和代理技术有机结合以适用于普适计算的特性——上下文感知。基于BAN逻辑分析论证了该模型的正确性和安全性。