摘 要

室内定位技术可以让人们在大型商场，超市，地下停车场等室内环境中随时随地的获取自己的位置信息。室内定位技术给人们的生活带来方便的同时，也带来了巨大的挑战：用户在接受定位服务时，容易导致位置信息的泄露从而威胁自己的生命财产安全。因此研究一种能够保护隐私的室内定位系统具有重要的意义。

本文研究了室内定位技术的相关原理和隐私泄露问题，在此基础上开发了一套保护隐私的室内定位系统。该系统整合了k匿名隐私保护算法和基于wifi指纹的室内定位技术，既能为用户提供精确的定位服务，又能防止用户的隐私泄露。在室内环境中的实验测试表明：该系统在实现室内定位功能的同时确实能够保护用户的位置隐私，系统的定位误差在2m以内，隐私泄露的概率为1/k,k的值由用户根据自己需求设定。

关键词： 位置隐私，室内定位，Wifi指纹，k匿名算法

Abstract

Indoor positioning technology allows people in large shopping malls, supermarkets, underground parking and other indoor environment access to their own location information at anytime and any. Indoor positioning technology brings convenience and a huge challenge to people's lives, the users in the positioning service may leak their location information which threats their own life and property security. Therefore, it is of great significance to study an indoor positioning system that can protect privacy.

This paper studies the relevant principles of indoor positioning technology and privacy disclosure,and develops a privacy protection of the indoor positioning system. The system integrates the anonymous privacy protection algorithm and the wifi fingerprint based indoor positioning technology, it not only provide users with accurate positioning services, but also prevent the leakage of user's privacy. Experiments in the indoor environment show that the system can protect the user's position privacy and realize the indoor positioning function, the positioning error of the system is within 2m. The probability of privacy disclosure is 1 / k, the value of k is determined by the user according to their demands.

Key words: privacy protection,indoor positioning,Wifi, K anonymous algorithm.

目录

摘要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1研究的背景与意义 1

1.2 国内外的研究现状 1

1.2.1室内定位系统的研究现状 1

1.2.2位置隐私保护的研究现状 1

1.3本文的章节安排 3

第2章 面向隐私保护的室内定位算法 4

2.1室内定位的原理 4

2.1.1RSSI法和到达时间法（TOA） 4

2.1.2AOA定位原理 5

2.1.3TDOA定位原理 5

2.1.4 基于WiFi指纹定位原理 6

2.2室内定位的隐私泄露 8

2.3K-匿名算法 10

2.3.1K-匿名算法的基本原理 10

2.3.2k匿名隐私保护算法性能分析 13

第3章 隐私保护的室内定位系统的设计与实现 15

3.1系统的总体设计 15

3.2设计的细节 16

3.2.1客户端的设计 16

3.2.2服务器端的设计 18

3.2.3服务器端与客户端之间的通信 20

3.3 系统的实现 21

3.3.1开发环境的搭建 21

3.3.2客户端的实现 22

3.3.3服务器端的实现 24

3.4系统的性能分析 25

第4章 总结与展望 28

4.1 本文总结 28

4.2 展望 28

致谢 30

参考文献 31

第1章 绪论

1.1研究的背景与意义

随着社会的发展和手机，平板，电脑等移动智能终端设备的普及，位置服务(Location Based Service，LBS)在商业，医疗，军事等方面的应用越来越广泛。人们对于位置信息的需求越来越大。全球定位系统(Global Positioning System，GPS)虽然能比较精确的获得用户在室外环境的位置信息，但是由于卫星信号容易受到障碍物的遮挡而产生严重的衰弱，其室内定位的精度并不高。无法满足用户在商场，地下停车场，酒店等大型室内场所对于位置信息的需求。现有的基于wifi，蓝牙，超声波等无线技术的室内定位系统虽然能满足用户对于定位精度的要求，但是这些技术存在严重的安全隐患，容易受到黑客攻击导致位置信息的泄露从而威胁到用户的生命财产安全。因此研究一种能够保护位置隐私的室内定位系统具有重要的意义。

1.2 国内外的研究现状

1.2.1室内定位系统的研究现状

在最近三十年里，许多国内外学者致力于室内定位相关技术的研究。并且提出了如超宽带技术、红外线、RFID、Wifi、ZigBee、LiFi以及背景声谱等室内定位技术。大体上室内定位模型可以分为基于测距和基于指纹定位，基于测距定位技术主要是利用电磁波的某种信息和距离之间的关系，对距离进行测量，并实现定位。例如，文献^[1]提出了一种基于时间到达差法的定位算法，主要是基于定位点和参考节点之间的距离实现定位。基于指纹定位技术主要思想是先采集特定位置的信号特征值建立相应的数据库，在定位时将测得信号特征值与数据库进行匹配，采用一定的匹配算法测得定位点的位置。文献^[2]研究了如何用射频信号指纹进行室内地位内技术。随着智能手机的普及以及终端设备利用WiFi传送信息技术的成熟，使得WiFi热点迅速遍布城市的各个角落。其普遍存在的特性，使得WiFi定位技术相比其他定位技术有着独特的优势，即不需要额外部署相关设备。由于定位系统不再需要在室内安装额外的信号收发装置，WiFi定位系统成本低廉，促使了WiFi定位技术的快速发展，越来越多的学者开始关注于利用WiFi信息实现室内定位，并取得了一定的研究成果。

1.2.2位置隐私保护的研究现状

由于社会网络、移动网络以及大数据等新兴技术的迅速发展和使用，使得保护LBS位置隐私问题日益突出。2003年，Beresford等人提出了位置隐私相关概念^[3]之后，LBS隐私保护技术逐渐成为信息技术领域的研究热点。目前国内外学者们对LBS位置隐私保护问题提出了很多解决方案，主要可以分为基于政策法、扭曲法以及加密法的隐私保护技术^[4]。

基于政策法的位置隐私保护主要思想是服务商制定他们对数据使用规则来得到用户的信任，在访问用户位置前需要向用户获取对应的权限，一般这类方法需要对服务提供商有足够的信任度以及服务商提供的系统可靠性要求高^[5]。但是，最近的OpenSSL上的Heartbleed 漏洞例子说明了即使服务商严格地遵守制定的政策，也无法避免因系统被攻击而导致用户隐私的泄露。基于扭曲法的主要原理是实现将用户位置进行扰动或模糊化，让攻击者不能很简单地分辨出用户所在的位置，同时保证用户获取位置服务不受干扰。该类相关技术主要有模糊化、随机化、假名以及隐蔽化，这类方法理论上可以对用户位置隐私起到一定保护作用，但如果恶意攻击者在掌握一定背景知识以及利用大数据相关技术可以很好地跟踪用户。例如，根据文献^[6]可知，人与人之间的移动模式差异性很大，在有4个独立位置信息条件下，95%以上的用户都能被正确的识别。基于加密法的隐私保护技术主要是利用已有的加密算法对用户咨询LBS服务时向服务商发送的信息加密，服务商在不解密的情况下能反馈正确的服务信息。理论上，加密法的隐私保护技术能实现用户位置隐私的零泄露，甚至可以对服务商的数据库信息起到一定的保护作用，但是该类方法一般需要进行大量的运算，使得计算代价过高，对用户终端硬件设备要求比较高而且运行效率低下。同时，文献^[7]也说明了完全高效零隐私的加密算法并不存在。