基于拍卖模型的动态频谱分配中的用户隐私保护机制

Dynamic spectrum access is an efficient way to improve spectrum efficiency. Spectrum auction serves as the main approach to realize dynamic spectrum access. Nevertheless, existing spectrum auction mechanisms fail to protect the private information of users, such as their bids, geographic locations, and spectrum demands. Faced with the security requirement of the dynamic spectrum access in wireless communications, we plan to conduct intensive research on privacy-preserving auction mechanism design.. First, we aim at proposing a modularized secure mechanism, based on the three essential procedures in a spectrum auction. We will leverage the techniques of secure multi-party computation and fully homomorphic encryption, to achieve desirable trade-offs among system security, efficiency, and practicality. Then, we will apply the proposed secure mechanism to three typical spectrum auction models, namely the heterogeneous spectrum double auction, combinatorial spectrum auction and online spectrum auction. Finally, we will evaluate the security and efficiency of the proposed privacy-preserving mechanism via simulations and experiments.. The potential achievement of our research will boost the advancement of dynamic spectrum access in wireless communications.

动态频谱分配是提高频谱利用率的有效方法。拍卖模型是实现动态频谱分配的关键手段。然而，现有的频谱拍卖模型缺乏相应的安全机制，用来保护用户的报价、地理位置和频谱需求量等隐私信息。本项目拟面向无线通信动态频谱分配的安全需求，对频谱拍卖模型的隐私保护机制进行深入的研究。. 首先，我们拟利用现代密码学安全多方计算和全同态加密技术，针对频谱拍卖的三个重要阶段，提出模块化的用户隐私保护机制，实现系统安全、效率和实用性间的平衡。其次，我们拟将设计的用户隐私保护机制应用于三种典型的频谱拍卖模型，即异质频谱拍卖模型、组合频谱拍卖模型和实时频谱拍卖模型。最后，我们拟利用实验验证频谱拍卖模型的用户隐私保护机制的安全性和运行效率。. 针对这一安全应用服务的研究，是推动无线通讯动态频谱分配技术发展的关键。

背景：频谱拍卖是实现频谱二级市场中频谱动态分配的重要方式。然而，已有的频谱拍卖模型存在极大的安全隐患。在传统的频谱拍卖模型中，用户的隐私信息会毫无保留地泄露给拍卖商和其他用户，造成两大安全问题。首先，拍卖商可以利用用户隐私信息与其他用户操纵频谱分配结果。其次，其他用户可以利用对手的隐私信息策略性地改变自己的要价或出价，以获取更高的利益。因此，在频谱拍卖模型中对用户的隐私信息进行保护尤为重要。 .主要研究内容：本项目面向无线通信动态频谱分配的安全需求，对频谱拍卖模型的隐私保护机制进行深入的研究。首先，我们拟利用现代密码学安全多方计算和全同态加密技术，针对频谱拍卖的三个重要阶段，提出模块化的用户隐私保护机制，实现系统安全、效率和实用性间的平衡。其次，我们拟将设计的用户隐私保护机制应用于三种典型的频谱拍卖模型，即异质频谱拍卖模型、组合频谱拍卖模型和实时频谱拍卖模型。再次，我们拟利用实验验证频谱拍卖模型的用户隐私保护机制的安全性和运行效率。同时，我们提出了基于稳定匹配算法的频谱动态分配的新框架，为提高无线通信效率提供了新思路。.重要结果：经过3年的研究，项目组实现了无线网络中动态频谱分配常用的典型拍卖算法的隐私保护框架，理论证明了其安全性，实验验证了其有效性，实现了频谱拍卖算法中全方位的信息隐私保护。在CCF A类期刊和会议上发表论文8篇，SCI 1区期刊上发表论文4篇，获授权发明专利2项，项目负责人受邀在国际会议上作特邀报告2次，培养硕士研究生3名。.科学意义：据项目组所知，首次提出了异质频谱双向拍卖、组合频谱拍卖和实时频谱拍卖模型的隐私保护算法，首次提出了对频谱占用时间和频谱需求数量的隐私保护算法。本项目可以应用于5G和物联网环境下的动态频谱分配，可以为基于拍卖算法的动态频谱分配提供安全的交易环境，激励用户参与频谱的动态交易，提高有限频谱资源的使用效率，从而提升无线网络通信的吞吐量。