室内位置隐私保护关键密码技术研究

The popularity and diversity of indoor location-related mobile applications, various security attacks targeting the user location will become the major privacy threats against indoor activities of users. Therefore, privacy-preserving indoor localization (PPIL) is becoming a hot international research topic. This project aims to develop PPIL schemes for indoor mobile applications, and uses the cryptographic techniques to systematically study the security modeling, protocol construction and its application, and security analysis of the indoor location privacy preserving information system. The main contents of this project are as follows. We first study the security model for privacy preserving indoor positioning (PPIP) schemes in the presence of adversaries which can reveal location-related information. The proposed model will lay the theoretical foundation for the construction and analysis of PPIP schemes. On the second, we study the problems on constructing efficient PPIP schemes under different communication models that can provide real-time positioning service. On the third, we are going to develop new secure applications based on private location to enrich the functionality of indoor location privacy preserving information system. On the fourth, we study the countermeasures against malicious attacks for enhancing the security of PPIL schemes. On the last, we study the implementations and optimizations of PPIL protocols based on the mobile terminal platforms to improve the execution, communication and storage performance of the protocol and to reduce the physical device requirements.

室内位置移动应用的普及和多样性极大地改变了人们的日常生活，然而位置相关隐私信息的泄露已成为影响人们室内活动的重大安全隐患。本课题以室内移动应用中的位置隐私保护系统为研究对象，以密码学技术为手段，系统研究可证明安全的室内位置隐私保护方案的安全建模、协议构建及其应用和安全分析等科学问题。主要内容包括：（1）研究定位隐私安全建模，以模拟各类位置相关信息泄露攻击，从而奠定定位隐私保护协议构建和安全分析的理论基础；（2）研究各类通信模型下的高效定位隐私保护协议构建方法，以解决定位隐私服务的实时性问题；（3）研究室内隐私位置安全应用协议构建方式，提出室内位置信息安全使用方法，以丰富室内位置隐私信息系统的安全功能；（4）研究恶意攻击防护技术，以增强各室内位置隐私协议的安全性；（5）研究室内隐私保护协议在移动终端平台上的实现和优化方案，以提高协议在实际应用中的整体性能。

本项目深入分析了室内位置隐私国内外研究现状和存在问题，凝练科学研究问题，在室内位置隐私的安全建模、隐私保护协议构建以及面向位置服务基应用隐私保护技术和原型系统研制等方面开展了全面的研究工作。研究团队首先完成了室内位置隐私安全模型的抽象定义，为室内位置隐私保护协议的构建和分析奠定理论基础。其次，项目组开展了可证明安全的新型高效的室内定位隐私保护协议、位置接近性隐私检测协议以及位置证明协议等构建工作，并取得一定突破性研究成果：基于外包服务思想和ABY隐私保护框架，构建了首个秒级以内的基于WiFi指纹的室内隐私定位协议；首次提出了群时间基一次一密的密码学原语，并用于构建了一个高效的隐私位置证明协议。这些新方案的提出满足了典型室内位置服务基应用隐私保护需要，对于保障室内位置移动应用安全具有重要的科学意义。同时，项目组完成本项目所提出的核心算法和协议原型系统开发，通过实验验证其有效性和实用性。依托本项目研究工作，项目团队积极与国内外网络空间安全著名科研团队建立了长期良好的科研与人才培养方面的合作关系（涉及芬兰、德国、美国、荷兰相关高校或研究所研究团）,并在高水平会议或期刊发表多篇与本项目相关的合作研究论文（如ACSAC 2022, FSE 2022、ACSAC 2021、IEEE Euro S&P 2019和IEEE TII等）。期间，项目组老师和学生先后3人次前往新加坡科技大学开展研究或访学工作，提升了相关人员的国际视野与科研能力。 总的来说，本项目提出的室内位置隐私保护的新方法和新技术解决了隐私保护领域部分亟需解决的重要科技问题，能够促进信息安全基础技术尤其是隐私保护相关密码理论与技术的研究和应用，培养了信息安全高级专业人才。