Πξνπηπρηαθή Γηπισκαηηθή Δξγαζία

Transcript

1 Πξνπηπρηαθή Γηπισκαηηθή Δξγαζία Γηαζθάιηζε Δκπηζηεπηηθφηεηαο ζε δπλακηθά ρσξηθά δεδνκέλα πινπνηψληαο ην πξνηεηλφκελν βαζηθφ πεξηβάιινλ γηα ηθαλνπνηήζε k-anonymity Όλνκα: Μαξία Δπίζεην: πίλνπ Α.Μ.: 321/ Δπηβιέπσλ Καζεγεηήο: Μαξαγθνπδάθεο Μαλψιεο -άκνο επηέκβξηνο 2011-

2 Δπραξηζηίεο Η παξνχζα εξγαζία απνηειεί δηπισκαηηθή εξγαζία ζηα πιαίζηα ησλ απαηηήζεσλ απφθηεζεο πηπρίνπ ηνπ πξνπηπρηαθνχ ηκήκαηνο Μεραληθψλ Πιεξνθνξηαθψλ θαη Δπηθνηλαληαθψλ πζηεκάησλ ηεο ζρνιήο Θεηηθψλ Δπηζηεκψλ ηνπ Παλεπηζηεκίνπ Αηγαίνπ. ε απηφ ην ζεκείν αηζζάλνµαη ηελ ππνρξέσζε λα επραξηζηήζσ νξηζµέλνπο απφ ηνπο αλζξψπνπο πνπ έπαημαλ ζεµαληηθφ ξφιν ζηελ δηεθπεξαίσζε ηεο εξγαζίαο κνπ. Αξρηθά ζα ήζεια λα επραξηζηήζσ ζεξκά ηνλ επηβιέπσλ θαζεγεηή κνπ, θ. Μαξαγθνπδάθε Μαλψιε γηα ηελ ππνζηήξημε, ηελ θαζνδήγεζε θαη ηηο ζπκβνπιέο πνπ κνπ πξνζέθεξε θαηά ηε δηάξθεηα πινπνίεζεο ηεο πηπρηαθήο εξγαζίαο. Δπίζεο ζα ήζεια λα επραξηζηήζσ ζεξκά ηνλ θ. Σδνπξακάλε Θεφδσξν ηφζν γηα ηε δηαζεζηκφηεηα ηνπ φζν θαη γηα ηηο επνηθνδνκεηηθέο θαηεπζπληήξηεο νδνχο πνπ κνπ πξφζθεξε φηαλ πξνέθπςαλ δπζθνιίεο πινπνίεζεο ζηελ δηπισκαηηθή εξγαζία. Σέινο επραξηζηψ ζεξκά ηελ νηθνγέλεηα κνπ γηα ηε θαζνξηζηηθή ςπρνινγηθή ππνζηήξημε ζε δηάθνξεο δπζθνιίεο πνπ αληηκεηψπηζα, ηε κεηέξα κνπ ηδηαίηεξα, ηεο νπνίαο ε εκπηζηνζχλε ζηηο δπλαηφηεηεο κνπ απνηέιεζε θηλεηνπνηφ δχλακε.

3 Πίλαθαο Πεξηερνκέλσλ 1 Δηζαγσγή Σερληθή Γελίθεπζεο Έλλνηα ειάρηζηεο γελίθεπζεο Σερληθή ζπκπίεζεο Τπνινγίδνληαο κηα θαηάιιειε γελίθεπζε m- Invariance Γπλακηθά Γεδνκέλα πγθεληξσηηθή έθδνζε θαη δηαλεκεκέλε ζπιινγή Παξαδνρέο θαη βαζηθφ ππφβαζξν Ο αιγφξηζκνο l-diversity Δπηζέζεηο ζηελ k-anonymity K- Anonymization as Spatial Indexing Μνληέιν δεηθηνδφηεζεο γλσξηζκάησλ κε δέληξν R-tree spatial indexing Απφδνζε εθηέιεζεο εξσηήκαηνο Multi- granular k- Anonymity Έλαο ηεξαξρηθφο αιγφξηζκνο γηα ηε δεκηνπξγία πνιχ- αλαιπηηθψλ δεδνκέλσλ ζπλφισλ Αιγφξηζκνο ζεηξηαθήο ζάξσζεο Γηαδηθαζία ζπκπίεζεο Spatial Cloaking Revisited Πιαίζην εξγαζίαο Σερληθέο Απφθξπςεο Δπεμεξγαζία εξσηεκάησλ απφ ηελ LBS Information Leakage- aware Cloaking Καηεγνξηνπνίεζε αληηπάισλ Μέηξεζε δηαξξνήο πιεξνθνξίαο H multiple ASR πξνζέγγηζε... 42

4 6 Reciprocal Framework for Spatial K-Anonymity ρεζηαθή k- Anonymity Υσξηθή k- Anonymity χγθξηζε κεηαμχ ζρεζηαθήο θαη ρσξηθήο k- Anonymity Ακνηβαίν πιαίζην εξγαζίαο Παξάδεηγκα απφθξπςεο κε Quad- tree Greedy Hilbert Partitioning Assymetric R- tree Split Τινπνίεζε Βαζηθφ πεξηβάιινλ πινπνίεζεο Βαζηθέο Σερλνινγίεο Λεηηνπξγίεο θαη βαζηθέο παξαδνρέο Παξάξηεκα Α GUI & JDBC Bridge (source) Φφξησζε ηνπ νδεγνχ JDBC Καζνξηζκφο ηεο ζχλδεζεο URL Δγθαηάζηαζε ηεο ζχλδεζεο Γεκηνπξγία ελφο Statement αληηθεηκέλνπ Δθηέιεζε ελφο εξσηήκαηνο ή ελφο update Δπεμεξγαζία ησλ απνηειεζκάησλ Κιείζηκν ηεο ζχλδεζεο Παξάξηεκα Β SSL implementation Βηβιηνγξαθία... 90

5 Πίλαθαο Δηθόλσλ Δηθόλα 1: Σύλδεζε κεηαμύ δύν ΒΓ γηα ηαπηνπνίεζε κέζσ αηνκηθώλ ραξαθηεξηζηηθώλ... 8 Δηθόλα 2: Παξαδείγκαηα γελίθεπζεο πεδίσλ θαη ηεξαξρία γελίθεπζεο Δηθόλα 3: Η πξνβνιή ηνπ πίλαθα Δηθόλα 4: Πηζαλέο ειάρηζηεο γεληθεύζεηο Δηθόλα 5: Παξάδεηγκα κε ζπκπίεζε εγγξαθήο Δηθόλα 6: Μηθξνδεδνκέλα θαη γελίθεπζε ηεο πξώηεο έθδνζεο Δηθόλα 7: Μηθξνδεδνκέλα θαη γελίθεπζε δεύηεξεο έθδνζεο Δηθόλα 8: Γεληθεπκέλε έθδνζε κε counterfeits Δηθόλα 9: Πίλαθαο όπνπ εληνπίδνληαη απόιπηα επαίζζεηα δεδνκέλα Δηθόλα 10: Πίλαθαο θαη αλώλπκε όςε ηνπ Δηθόλα 11: Γεηθηνδόηεζε γλσξίζκαηνο κε ρξήζε δέληξνπ Δηθόλα 12: Γέληξν πξνζσξηλήο απνζήθεπζεο κεηά από εηζαγσγέο Δηθόλα 13: Γηαδηθαζία Αλαδηάξζξσζεο Δηθόλα 14: Αιγόξηζκνο ζεηξηαθήο ζάξσζεο Δηθόλα 15: Δθαξκόδνληαο ηε δηαδηθαζία ζπκπίεζεο ζε δηακεξίζεηο Δηθόλα 16: Αλσλπκνπνίεζε ελαληίνλ δηαξξνήο πιεξνθνξίαο Δηθόλα 17: Παξάδεηγκα απόθξπςεο Δηθόλα 18: Δξώηεκα εύξνπο Δηθόλα 19: Δξώηεκα εύξεζεο NN Δηθόλα 20: Διαηηώκαηα πνπ πξνθύπηνπλ ιόγσ ρσξηθήο αθξίβεηαο Δηθόλα 21: Μεηνλεθηήκαηα πνπ πξνθύπηνπλ ιόγσ νξηζκνύ ηνπνζεζίαο Δηθόλα 22: Αιγόξηζκνο δεκηνπξγίαο sub- ASR Δηθόλα 23: Παξάδεηγκα ILC Δηθόλα 24: Πιαίζην εξγαζίαο ρσξηθώλ ζπζηεκάησλ Δηθόλα 25: Παξαδείγκαηα ρσξηθήο απόθξπςεο Δηθόλα 26: Γελίθεπζε θαη δπζδηάζηαηε αλαπαξάζηαζε ελόο πίλαθα Δηθόλα 27: Απόθξπςε κε ηνλ Casper Δηθόλα 28: Reciprocal Cloaking Δηθόλα 29: Partitioning ζε επίπεδν ξίδαο Δηθόλα 30: Partitioning ζε επίπεδν θύιινπ... 57

6 Δηθόλα 31: Κακπύιε Hilbert γηα δπζδηάζηαην ρώξν Δηθόλα 32: Greedy Hilbert partitioning γηα ην δεύηεξν επίπεδν Δηθόλα 33: Ψεπδνθώδηθεο γηα ηνλ GH partitioning Δηθόλα 34: R- tree split ελαληίνλ AR Δηθόλα 35: Σρήκα ηεο JDBC-ODBC γέθπξαο Δηθόλα 36: Πνπ ιεηηνπξγεί ην πξσηόθνιιν SSL Δηθόλα 37: Γηεπαθή ρξήζηε Δηθόλα 38: Σρεδίαζε ASR Δηθόλα 39: Δλεκέξσζε ρξήζηε κε ην απνηέιεζκα Δηθόλα 40: Γεκηνπξγία keystore Δηθόλα 41: Γεκηνπξγία file certificate Δηθόλα 42: Πξζζήθε αξρείνπ πηζηνπνηεηηθνύ ζηελ πιεπξά ηνπ client... 79

7 1 Δηζαγσγή Η εθζεηηθή αχμεζε ηνπ πιήζνπο θαη ηεο πνηθηιίαο ησλ δεδνκέλσλ πνπ δηαηεξνχληαη απνζεθεπκέλα ζε δηάθνξεο βάζεηο δεδνκέλσλ θαη αθνξνχλ ζπγθεθξηκέλα άηνκα είλαη πιένλ γεγνλφο. Καζεκεξηλά, εηαηξίεο, νξγαληζκνί θαη δηάθνξνη θνξείο ζπιιέγνπλ φιν θαη πεξηζζφηεξεο πιεξνθνξίεο γηα δηάθνξνπο ιφγνπο. Η ηερλνινγία ησλ ππνινγηζηψλ ζε ζπλδπαζκφ κε ηε ζπλδεζηκφηεηα ησλ δηθηχσλ θαη ηνλ θζελφ θαη πξνζηηφ απνζεθεπηηθφ ρψξν δηεπθνιχλνπλ αθφκα πεξηζζφηεξν ηελ νξγάλσζε φιεο απηήο ηεο πιεξνθνξίαο ζε δηάθνξα ςεθηαθά κέζα. Γελ είλαη ιίγεο νη εθαξκνγέο πνπ εμππεξεηνχλ δηάθνξεο θνηλσληθέο αλάγθεο θαη έκκεζα δηαδξακαηίδεηαη αθφκα πην έληνλα ε ζπιινγή πιεξνθνξίαο πνπ αθνξνχλ αηνκηθέο ζπλήζεηεο, ελέξγεηεο ή αθφκα θαη ραξαθηεξηζηηθά. Όιεο νη πξναλαθεξζείζεο ελέξγεηεο πξαγκαηνπνηνχληαη ζην πιαίζην ηεο πξνζηαζίαο ησλ πξνζσπηθψλ δεδνκέλσλ θαη ηεο ηδησηηθφηεηαο, αιιά πνιιέο θνξέο θαθφβνπινη ρξήζηεο κπνξνχλ λα εθκεηαιιεπηνχλ απηή ηελ πιεζψξα πιεξνθνξηψλ γηα ηελ ηαπηνπνίεζε ησλ αηφκσλ. Έηζη, κηα θνηλή πξαθηηθή γηα ηνπο νξγαληζκνχο είλαη λα εθδίδνπλ, φηαλ απηφ απαηηείηαη γηα αθαδεκατθνχο γηα παξάδεηγκα ιφγνπο, δεδνκέλα πνπ αθνξνχλ ζπγθεθξηκέλα άηνκα ρσξίο ηελ παξνπζία ραξαθηεξηζηηθψλ αλαγλσξηζηηθψλ φπσο φλνκα, δηεχζπλζε θαη ηειεθσληθφο αξηζκφο. Απηή ε ελέξγεηα εμαζθαιίδεη ηελ αλσλπκία ησλ πξνζψπσλ πνπ εκπιέθνληαη. Παξ φια απηά ζηηο πεξηζζφηεξεο πεξηπηψζεηο είλαη δπλαηή ε επαλα- αλαγλψξηζε κέζσ δηάθνξσλ ηερληθψλ απφ ηα ελαπνκείλαληα δεδνκέλα. Σέηνηεο ηερληθέο κπνξεί λα είλαη ε ζχλδεζε ή ε αληηζηνίρεζε ησλ δεδνκέλσλ κε άιια δεδνκέλα πνπ έρνπλ ήδε εθδνζεί. ε κηα έξεπλα, δηεμήρζεζαλ πεηξάκαηα ρξεζηκνπνηψληαο πεξηιεπηηθά δεδνκέλα ηεο απνγξαθήο ησλ Η.Π.Α γηα ην έηνο 1990 πξνθεηκέλνπ λα πξνζδηνξηζηεί πφζα άηνκα κέζα ζε γεσγξαθηθά εγθαηεζηεκέλνπο πιεζπζκνχο είραλ ζπλδπαζκνχο απφ δεκνγξαθηθέο κεηξήζεηο πνπ εκθαλίδνληαλ ζπάληα. πλδπαζκνί κεξηθψλ ραξαθηεξηζηηθψλ ζπρλά ζπλδπάδνληαη κε πιεζπζκνχο γηα λα αλαγλσξίδνληαη κνλαδηθά ή ζρεδφλ κνλαδηθά κεξηθά άηνκα. Γηα παξάδεηγκα έλα απνηέιεζκα ηεο έξεπλαο ήηαλ πσο ην 87% (216 εθαη. απφ ηα 248 εθαη. ) ηνπ πιεζπζκνχ ησλ Η.Π.Α είραλ αλαθέξεη

8 ραξαθηεξηζηηθά πνπ πηζαλψο ηνπο έθαλαλ κνλαδηθνχο βαζηζκέλα κφλν ζηνλ πεληαςήθην ηαρπδξνκηθφ θσδηθφ, ην θχιν θαη ηελ εκεξνκελία γέλλεζεο. Απηφ καο νδεγεί ζην ζπκπέξαζκα πσο εθδφζεηο δεδνκέλσλ πνπ πεξηέρνπλ ηέηνηεο πιεξνθνξίεο δε ζα έπξεπε λα ζεσξνχληαη αλψλπκεο. Παξ φια απηά ηαηξηθέο πιεξνθνξίεο θαη άιια δεδνκέλα πνπ αθνξνχλ ζε ζπγθεθξηκέλα άηνκα είλαη ζπρλά δηαζέζηκα κε ηεξψληαο ηνλ πξνεγνχκελν πεξηνξηζκφ. ηε Μαζαρνπζέηε, ε επηηξνπή θνηλσληθήο αζθάιηζεο ζπλέιιεμε ρηιηάδεο δεδνκέλα πνπ αθνξνχζαλ ζπγθεθξηκέλνπο αζζελείο θαη ηηο νηθνγέλεηεο ηνπο αθνχ νη αζζελείο πίζηεςαλ πσο ηα δεδνκέλα ήηαλ αλψλπκα. Η επηηξνπή σζηφζν έδσζε έλα αληίγξαθν ησλ δεδνκέλσλ ζηνπο εξεπλεηέο θαη πνχιεζε έλα αληίγξαθν ζε κηα βηνκεραληθή εηαηξεία. Παξάιιεια, γηα είθνζη δνιάξηα αγνξάζηεθε ε ιίζηα ησλ ςεθνθφξσλ ηεο Μαζαρνπζέηεο γηα ην Cambridge ε νπνία ζηάιζεθε ζε δχν δηζθέηεο. Η ιίζηα πεξηιάκβαλε ην φλνκα, ηε δηεχζπλζε, ην θχιν, ηνλ Σ.Κ θαη ηελ εκεξνκελία γέλλεζεο θάζε ςεθνθφξνπ. Απηή ε ιίζηα φκσο κπνξεί λα ζπλδεζεί κε ηε ιίζηα ησλ ηαηξηθψλ πιεξνθνξηψλ κέζσ Σ.Κ, εκεξνκελία γέλλεζεο θαη θχινπ θαη άξα κε ζηνηρεία πνπ αθνξνχλ δηαγλψζεηο, δηαδηθαζίεο θαη ζπληαγέο θαξκάθσλ πνπ αθνξνχλ ζε ζπγθεθξηκέλα άηνκα. Γηα παξάδεηγκα, ν William Weld ήηαλ θπβεξλήηεο ηεο Μαζαρνπζέηεο εθείλε ηε πεξίνδν θαη ηα ηαηξηθά ηνπ αξρεία ήηαλ κέζα ζηε ιίζηα ηεο επηηξνπήο θνηλσληθήο αζθάιηζεο. Ο θπβεξλήηεο, δνχζε εθείλε ηελ επνρή ζην Cambridge ηεο Μαζαρνπζέηεο. χκθσλα κε ηε ιίζηα ησλ ςεθνθφξσλ έμη άηνκα κνηξάδνληαλ ηελ ίδηα εκεξνκελία γέλλεζεο κε ηε δηθηά ηνπ εθ ησλ νπνίσλ κφιηο ηξεηο ήηαλ άληξεο θαλείο απφ ηνπο νπνίνπο δελ κνηξαδφηαλ ηνλ ίδην πεληαςήθην Σ.Κ. Δηθόλα 1: Σύλδεζε κεηαμύ δύν ΒΓ γηα ηαπηνπνίεζε κέζσ αηνκηθώλ ραξαθηεξηζηηθώλ

9 1.1 Τερληθή Γελίθεπζεο ε έλα θιαζζηθφ ζχζηεκα ζρεζηαθψλ βάζεσλ δεδνκέλσλ ηα πεδία ρξεζηκνπνηνχληαη γηα λα πεξηγξάςνπλ ην ζχλνιν ησλ ηηκψλ πνπ παξηζηάλνπλ ηα ραξαθηεξηζηηθά γλσξίζκαηα. Γηα παξάδεηγκα, κπνξεί λα ππάξρεη έλα πεδίν Σ.Κ,έλα πεδίν αξηζκφο θαη έλα πεδίν αιθαξηζκεηηθφ. Δπεθηείλνπκε ηελ αληίιεςε ελφο πεδίνπ γηα λα δηεπθνιχλνπκε ηελ πεξηγξαθή ηνπ ηξφπνπ κε ηνλ νπνίν γεληθεχνπκε ηηο ηηκέο ελφο ραξαθηεξηζηηθνχ γλσξίζκαηνο. ηελ αξρηθή βάζε δεδνκέλσλ νπνχ θάζε ηηκή είλαη φζν πην θαζνξηζκέλε γίλεηαη, θάζε ραξαθηεξηζηηθφ γλψξηζκα βξίζθεηαη ζην θχξην πεδίν. Γηα παξάδεηγκα, ε ηηκή βξίζθεηαη ζην θχξην πεδίν Σ.Κ. Γηα λα επηηχρνπκε k- anonymity κπνξνχκε λα ηξνπνπνηήζνπκε ηηο ηηκέο ηνπ πεδίνπ Σ.Κ ψζηε λα παξέρεη ιηγφηεξε πιεξνθνξία. Μπνξνχκε λα ην ηξνπνπνηήζνπκε σο εμήο: ιέκε ππάξρεη έλα πην γεληθφ, ιηγφηεξν ζπγθεθξηκέλν πεδίν πνπ κπνξεί λα ρξεζηκνπνηεζεί γηα λα πεξηγξάθεη ηνλ Σ.Κ, κέζα ζην νπνίν ην ηειεπηαίν ςεθίν έρεη αληηθαηαζηαζεί απφ ην 0. Τπάξρεη δειαδή ην πξφηππν ηεο παξαθάησ ζρεδίαζεο Απηή ε ζρεδίαζε κεηαμχ ησλ πεδίσλ μεθίλεζε κε ζθνπφ ηελ γελίθεπζε ησλ δεδνκέλσλ. Βέβαηα είλαη απαξαίηεην λα ηθαλνπνηνχληαη νη παξαθάησ ζπλζήθεο: θάζε πεδίν έρεη ην πνιχ έλα άκεζν γεληθεπκέλν πεδίν φια ηα κέγηζηα ζηνηρεία είλαη κνλαδηθά. Ο νξηζκφο απηήο ηεο γελίθεπζεο ππνζέηεη ηελ χπαξμε γηα θάζε πεδίν D Dom απφ κηα ηεξαξρία πνπ ηελ νλνκάδνπκε ηεξαξρία γεληθεπκέλνπ πεδίνπ (DGH D ). Δθφζνλ, νη γεληθεπκέλεο ηηκέο κπνξνχλ λα ρξεζηκνπνηεζνχλ ζηε ζέζε άιισλ πην ζπγθεθξηκέλσλ, είλαη ζεκαληηθφ φια ηα πεδία ζηελ ηεξαξρία λα είλαη ζπκβαηά. Η ζπκβαηφηεηα κπνξεί λα δηαζθαιηζηεί κε ηελ ρξήζε ηεο ίδηαο θφξκαο απνζήθεπζεο γηα φια ηα πεδία ζε κηα γεληθεπκέλε ηεξαξρία. Παξαθάησ έρνπκε έλα παξάδεηγκα ελφο πεδίνπ θαη ηελ ηεξαξρία πνπ αθνινπζνχλ νη γεληθεπκέλεο ηηκέο γηα ηα εμήο πεδία: ηνλ Σ.Κ., ηελ νηθνγελεηαθή θαηάζηαζε, ηελ εζληθφηεηα θαη ην θχιιν.

10 Δηθόλα 2: Παξαδείγκαηα γελίθεπζεο πεδίσλ θαη ηεξαξρία γελίθεπζεο 1.2 Έλλνηα ειάρηζηεο γελίθεπζεο Γεδνκέλνπ ελφο ηδησηηθνχ πίλαθα PT, ε πξψηε καο πξνζέγγηζε γηα λα επηηχρνπκε k- anonymity απνηειείηαη απφ ηελ γελίθεπζε ησλ ηηκψλ πνπ είλαη απνζεθεπκέλεο ζηνλ πίλαθα. Γηαηζζεηηθά, νη ηηκέο ησλ ραξαθηεξηζηηθψλ γλσξηζκάησλ πνπ είλαη απνζεθεπκέλεο ζηνλ ηδησηηθφ πίλαθα κπνξνχλ λα ππνθαηαζηαζνχλ, θαηά ηελ έθδνζε, απφ ηηο γεληθεπκέλεο ηηκέο. Δθφζνλ, νη πνιιαπιέο ηηκέο κπνξνχλ λα νδεγήζνπλ ζε κία κφλν γεληθεπκέλε ηηκή, ε γελίθεπζε κπνξεί λα κεηψζεη ηνλ αξηζκφ ησλ μερσξηζηψλ πιεηάδσλ θαη κε απηφ ηνλ ηξφπν πηζαλψο λα απμεζεί ην κέγεζνο ησλ ζπζηνηρηψλ πνπ πεξηέρνπλ πιεηάδεο κε ηηο ίδηεο ηηκέο. Γελίθεπζε ραξαθηεξηζηηθνχ γλσξίζκαηνο ζεκαίλεη ππνθαηάζηαζε ησλ ηηκψλ ηνπ κε αληίζηνηρεο ηηκέο απφ έλα πην γεληθφ πεδίν. Η γελίθεπζε ζε επίπεδν ραξαθηεξηζηηθνχ γλσξίζκαηνο δηαζθαιίδεη φηη φιεο νη ηηκέο ελφο ραξαθηεξηζηηθνχ γλσξίζκαηνο αλήθνπλ ζην ίδην πεδίν. Παξ φια απηά, έλα απνηέιεζκα ηεο δηαδηθαζίαο ηεο γελίθεπζεο είλαη πσο ην πεδίν ελφο ραξαθηεξηζηηθνχ γλσξίζκαηνο κπνξεί λα αιιάμεη, γηα απηφ θαη πξέπεη λα ππάξρεη κηα ηζνξξνπία κεηαμχ ηεο γελίθεπζεο πνπ ζέινπκε λα επηηχρνπκε θαη ηνπ βαζκνχ απψιεηαο πιεξνθνξίαο πνπ ζπλεπάγεηαη ε γελίθεπζε. Γηα απηφ ην ιφγν νξίδνπκε ηελ ειάρηζηε γελίθεπζε, ε νπνία είλαη ε γελίθεπζε κέρξη ην επίπεδν φπνπ δηαζθαιίδεηαη ε ηδηφηεηα ηεο k-anonymity θαη δελ ζίγεηαη ν απαηηνχκελνο βαζκφο αμίαο ηεο πιεξνθνξίαο θαη γλψζεο πνπ κπνξεί λα εμαρζεί. Ο νξηζκφο φπσο δίλεηαη ζηε βηβιηνγξαθία είλαη εμήο:

11 Οξηζκόο 1.1: (k-ειάρηζηε γελίθεπζε) Έζησ δύν πίλαθεο Τi θαη Tj ηέηνηνη ώζηε Τi <= Tj. Τόηε ν Tj ιέγεηαη ε ειάρηζηε γελίθεπζε ηνπ Ti αλ ηζρύνπλ νη εμήο ζπλζήθεο: 1. Ο Σj ηθαλνπνηεί ηελ ηδηφηεηα ηεο k-anonymity 2. Γηα θάζε Σz: Ti <= Tz, o Tz ηθαλνπνίεη ηελ k-anonymity θαη ην πεδίν γεληθεχζεσλ ηνπ Tz είλαη κηθξφηεξν απφ ην πεδίν γεληθεχζεσλ ηνπ Tj 1.3 Τερληθή ζπκπίεζεο Η γελίθεπζε έρεη ην πιενλέθηεκα ηεο έθδνζεο φισλ ησλ κνλψλ πιεηάδσλ ηνπ πίλαθα, αλ θαη ζε κηα πην γεληθή κνξθή. Δδψ, παξνπζηάδνπκε κηα ζπκπιεξσκαηηθή πξνζέγγηζε γηα ηελ επίηεπμε ηεο k- anonymity, πνπ είλαη ε ζπκπίεζε. Η ζπκπίεζε δεδνκέλσλ σο ηερληθή ειέγρνπ πξνζηαζίαο ησλ αηνκηθψλ πιεξνθνξηψλ δελ είλαη θαηλνχξγηα θαη ζεκαίλεη ηελ απνκάθξπλζε δεδνκέλσλ απφ ηνλ πίλαθα έηζη ψζηε λα κελ είλαη δπλαηή ε ηαπηνπνίεζε θπζηθψλ πξνζψπσλ. Δθαξκφδνπκε ηελ ζπκπίεζε ζε επίπεδν εγγξαθήο, δειαδή, επεξεάδνληαη κεκνλσκέλεο εγγξαθέο θαζψο απηέο απνκαθξχλνληαη απφ ηελ βάζε δεδνκέλσλ. Η ζπκπίεζε ρξεζηκνπνηείηαη γηα λα κεηξηάζεη ηελ δηαδηθαζία ηεο γελίθεπζεο, φηαλ ππάξρνπλ γλσξίζκαηα πιήζνπο ιηγφηεξνπ ηεο παξακέηξνπ k (δειαδή εγγξαθέο κε ιηγφηεξεο απφ k εκθαλίζεηο). Γηα θαιχηεξε θαηαλφεζε ζεσξνχκε ηνλ παξαθάησ πίλαθα πνπ παξνπζηάδεηαη κε αληίζηνηρα ηελ πξνβνιή ηνπ. Έζησ φηη ζέινπκε λα δηαηεξείηαη ε k- anonymity κε k=2. Σν ραξαθηεξηζηηθφ γλψξηζκα Ηκεξνκελία Γέλλεζεο έρεη έλα πεδίν γέλλεζεο κε ηηο αθφινπζεο γεληθεχζεηο: απφ ηελ ζπγθεθξηκέλε εκεξνκελία (mm/ dd /yy) ζην κήλα (mm/yy), ζην ρξφλν (yy), ζε έλα πεληαεηέο δηάζηεκα,ζε έλα δεθαεηέο δηάζηεκα, εηθνζηπεληαεηέο δηάζηεκα θ.ν.θ. Δίλαη εχθνιν λα παξαηεξήζνπκε πσο ε χπαξμε ηεο ηειεπηαίαο πιεηάδαο ζηνλ πίλαθα απαηηεί, έηζη ψζηε λα ηθαλνπνηείηαη, δπν βήκαηα γελίθεπζεο ζηελ Ηκεξνκελία Γέλλεζεο, έλα βήκα γελίθεπζεο ζηνλ Σ.Κ, έλα βήκα γελίθεπζεο ζηελ Οηθνγελεηαθή Καηάζηαζε θαη έλα αθφκα βήκα γελίθεπζεο είηε ζην Φχιν, ζηελ Οηθνγελεηαθή Καηάζηαζε, ή ζηνλ Σ.Κ. Δλαιιαθηηθά, ζηελ Δζληθφηεηα θαη ζηελ Ηκεξνκελία Γέλλεζεο. Πξαθηηθά, θαη ζηηο δχν πεξηπηψζεηο, ζρεδφλ φια ηα ραξαθηεξηζηηθά γλσξίζκαηα πξέπεη λα γεληθεπηνχλ.

12 Δηθόλα 3: Η πξνβνιή ηνπ πίλαθα Δηθόλα 4: Πηζαλέο ειάρηζηεο γεληθεύζεηο Παξαηεξνχκε πσο αλ δελ ππήξρε ε ηειεπηαία εγγξαθή, ε k- anonymity ζα είρε επηηεπρζεί εχθνια κε δχν βήκαηα γελίθεπζεο ζην ραξαθηεξηζηηθφ γλψξηζκα Ηκεξνκελία Γέλλεζεο, φπσο παξνπζηάδεηαη ζηελ παξαθάησ εηθφλα. Η απνκάθξπλζε ηεο ζπγθεθξηκέλεο απηήο εγγξαθήο επηηξέπεη ηελ εθαξκνγή ιηγφηεξεο γελίθεπζεο. Δηθόλα 5: Παξάδεηγκα κε ζπκπίεζε εγγξαθήο

13 Η γελίθεπζε θαη ε ζπκπίεζε δεδνκέλσλ είλαη δχν δηαθνξεηηθέο πξνζεγγίζεηο γηα ηελ απφθηεζε ελφο πίλαθα (απφ έλαλ άιινλ, αξρηθφ πίλαθα) πνπ ηθαλνπνηεί ηελ k- anonymity. Με ηε γελίθεπζε έρνπκε ιηγφηεξε αθξίβεηα ελψ κε ηελ θαηάπλημε ιηγφηεξε πιεξφηεηα. Απφ παξαηεξήζεηο ζε πξαγκαηηθέο εθαξκνγέο θαη απαηηήζεηο θαηαιήγνπκε πσο πξνηηκάηαη ε θαηάπλημε παξά ε γελίθεπζε. Ο ιφγνο είλαη πσο ε θαηάπλημε επεξεάδεη ζπγθεθξηκέλεο εγγξαθέο ελψ ε γελίθεπζε ηξνπνπνηεί φιεο ηηο ηηκέο ζε έλα πίλαθα, επεξεάδνληαο έηζη φιεο ηηο πιεηάδεο. Παξ φια απηά ε γελίθεπζε παξακέλεη κηα ηζρπξή ηερληθή πνπ ρξεζηκνπνηείηαη επξέσο. 1.4 Υπνινγίδνληαο κηα θαηάιιειε γελίθεπζε Έρνπκε ηελ πξνβνιή έζησ PT[QI] ελφο πίλαθα PT κε quasi identifier έζησ QI. Αξρηθά, απνθαζίδνληαη φιεο νη δηαθξηηέο πιεηάδεο καδί κε ην πιήζνο εκθάληζεο ηνπο. ηε ζπλέρεηα ππνινγίδεηαη ε απφζηαζε θάζε εγγξαθήο θαη ηεο αθεξαίαο ηηκήο. Έπεηηα, θαηαζθεπάδεηαη έλαο θαηεπζπλφκελνο γξάθνο κε θφκβνπο φια ηα distance vector. Τπάξρεη έλα ηφμν απφ θάζε δηάλπζκα πξνο φια ηα κηθξφηεξα θπξηαξρψληαο έηζη ζην ζχλνιν. Ο αιγφξηζκνο απνθαζίδεη αλ κηα γελίθεπζε είλαη ηνπηθά ειάρηζηε απιά ειέγρνληαο ηνλ ζπλδπαζκφ ησ εκθαλίζεσλ ησλ εγγξαθισλ, ρσξίο λα εθηειεί πξαθηηθά ηε γελίθεπζε. Σν θφζηνο ππνινγηζκνχ απηνχ ηνπ αιγνξίζκνπ κεηψλεηαη απφ ηα εμήο ηξία ραξαθηεξηζηηθά: Ο ππνινγηζκφο ησλ distance vector κεηαμχ ησλ πιεηάδσλ κεηψλνπλ ηνλ αξηζκφ ησλ γεληθεχζεσλ πνπ εμεηάδνληαη Οη γεληθεχζεηο δελ ππνινγίδνληαη πξαγκαηηθά αιιά πξνβιέπνληαη, παξαηεξψληαο πσο νη εκθαλίζεηο ησλ εγγξαθψλ ζα ζπλδπαζηνχλ Ο αιγφξηζκνο παξαθνινπζεί ηηο εθηηκεκέλεο γεληθεχζεηο έηζη ζηακαηά ηνλ ππνινγηζκφ ζε έλα κνλνπάηη, φηαλ δηαζρίδεη έλα κνλνπάηη πνπ έρεη ήδε ππνινγίζεη.

14 2 m- Invariance 2.1 Γπλακηθά Γεδνκέλα Μέρξη ζηηγκήο ε έξεπλα έρεη πεξηνξηζηεί ζηελ δηαηήξεζε ηεο εκπηζηεπηηθφηεηαο φζνλ αθνξά δεδνκέλα πνπ δεκνζηνπνηνχληαη κία θνξά. πγθεθξηκέλα, θακία απφ ηηο πξνηεηλφκελεο πξνζεγγίζεηο κέρξη ζηηγκήο δε ιακβάλεη ππ φςηλ ηελ αλαδεκνζίεπζε κηθξνδεδνκέλσλ αθνχ ππνζηνχλ εηζαγσγέο θαη δηαγξαθέο. Πξφθεηηαη γηα έλα ζνβαξφ κεηνλέθηεκα, δηφηη αλαγθάδεη ηνπο εθδφηεο απηψλ ησλ ζηνηρείσλ λα κελ είλαη ζε ζέζε λα πξνκεζεχνπλ ηνπο εξεπλεηέο κε ζχλνια πξφζθαησλ δεδνκέλσλ ζπλερψο. Σν γεγνλφο απηφ νδήγεζε ηνπο εξεπλεηέο ζηε κειέηε κηαο κεζνδνινγίαο ηέηνηαο ψζηε λα πξνζηαηεχνληαη ηα δεδνκέλα ησλ αηφκσλ απφ θαθφβνπιε εμαγσγή βαζηζκέλε ζε επαλεθδφζεηο φςεσλ ζπγθεθξηκέλσλ πηλάθσλ. 2.2 Σπγθεληξσηηθή έθδνζε θαη δηαλεκεκέλε ζπιινγή Αλάινγα κε ηνπο ξφινπο ηνπ ππνθείκελνπ δηαθνκηζηή, ε έξεπλα πνπ έρεη πξαγκαηνπνηεζεί ηαμηλνκείηαη ζην ζχλνιν ηεο ζε δχν θαηεγνξίεο: 1. ζπγθεληξσηηθή έθδνζε, φπνπ ππνζέηνπκε φηη ην ζχλνιν δεδνκέλσλ, πνπ νλνκάδεηαη κηθξνδεδνκέλα, βξίζθνληαη απνζεθεπκέλα ζε έλα αμηφπηζην δηαθνκηζηή. Ο δηαθνκηζηήο απειεπζεξψλεη απηά ηα δεδνκέλα, πξνλνψληαο γηα ηελ απνηειεζκαηηθφηεηα εμφξπμεο γλψζεο απφ απηά, ρσξίο λα ζίγεηαη φκσο ε ηδησηηθή δσή ησλ αηφκσλ πνπ αθνξνχλ ηα κηθξνδεδνκέλα. 2. δηαλεκεκέλε ζπιινγή, φπνπ ππνζέηνπκε έλα δηαθνξεηηθφ ζελάξην, δειαδή έλαο κε αμηφπηζηνο δηαθνκηζηήο επηθνηλσλεί αλεμάξηεηα κε έλα ζχλνιν αηφκσλ θαη αληηζηνηρεί κηα πιεηάδα ζε θάζε άηνκν. ηφρνο είλαη κία ηέηνηα πξνζέγγηζε, φπνπ ηπραηνπνηείηαη ε αληηζηνίρηζε εγγξαθήο- αηφκνπ, έηζη ψζηε ν δηαθνκηζηήο λα είλαη ζε ζέζε ρξεζηκνπνηεί ην ζχλνιν δεδνκέλσλ πνπ έρεη ζηελ θαηνρή ηνπ, ρσξίο λα ππάξρεη δπλαηφηεηα λα ζπλαγάγεη κε αθξίβεηα ηελ αξρηθή κνξθή ηεο θάζε εγγξαθήο.

15 Όζνλ αθνξά ηελ ζπγθεληξσηηθή έθδνζε νη ππάξρνπζεο κέζνδνη δηαζθάιηζεο ηεο k- anonymity επηθεληξψλνληαη ζε ζηαηηθά δεδνκέλα. πγθεθξηκέλα, φινη νη κέζνδνη πεξηνξίδνληαη ζε δεδνκέλα πνπ έρνπλ δεκνζηεπηεί κφλν κία θνξά. Μνλαδηθή εμαίξεζε απνηειεί ε εξγαζία ηνπ Byum, ν νπνίνο πξφηεηλε κηα κεζνδνινγία γηα ηνλ εληνπηζκφ πηζαλψλ επηζέζεσλ ηεο ηδησηηθήο δσήο ιφγσ ηεο εθ λένπ δεκνζίεπζε, θαη αλέπηπμε κηα ιχζε γηα ηελ απνηειεζκαηηθή πξφιεςε ησλ επηζέζεσλ. Ωζηφζν, ε ιχζε ππνζηεξίδεη κφλν πξνζζήθεο, θαη δελ είλαη εθαξκφζηκε ζε πεξίπησζε δηαγξαθψλ. Πξνο αηηηνιφγεζε ηεο δπζθνιίαο ηνπ πξνβιήκαηνο φηαλ έρνπκε δπλακηθά δεδνκέλα παξαηίζεηαη έλα αληηπξνζσπεπηηθφ παξάδεηγκα. Θεσξνχκε φηη έλα λνζνθνκείν απειεπζεξψλεη ηα αξρεία ησλ αζζελψλ αλά ηξίκελν, πεξηιακβάλνληαο ζε θάζε έθδνζε κφλν ηα απνηειέζκαηα ησλ δηαγλψζεσλ θαηά ηε δηάξθεηα ηνπ ηειεπηαίνπ πην πξφζθαηνπ εμακήλνπ. ηελ εηθφλα έμη θαίλνληαη ηα κηθξνδεδνκέλα κεηά ηελ πξψηε έθδνζε ηνπο, ελψ ζηελ εηθφλα εθηά κεηά ηε δεχηεξε δεκνζίεπζε ηνπο. Δηθόλα 6: Μηθξνδεδνκέλα θαη γελίθεπζε ηεο πξώηεο έθδνζεο

16 Δηθόλα 7: Μηθξνδεδνκέλα θαη γελίθεπζε δεύηεξεο έθδνζεο Οη εγγξαθέο ησλ Alice, Andy, Helen, Ken θαη Paul έρνπλ δηαγξαθεί (θαζψο αθνξνχζαλ δηαγλψζεηο πάλσ απφ έμη κήλεο), ελψ 5 λέεο εγγξαθέο πξνζηέζεθαλ (ηα νλφκαηα ησλ θαηλνχξησλ εγγξαθψλ είλαη κε πιάγηα γξαθή). Σν λνζνθνκείν πξνβαίλεη ζε θάπνηεο ηξνπνπνηήζεηο ζηα δεδνκέλα θαη δεκνζηεχεη κηα γεληθεπκέλε κνξθή απηφλ ζηνλ πίλαθα 2β. Παξφιν πνπ θαη νη δχν ζρέζεηο δεκνζηεχζεθαλ ηθαλνπνηψληαο ηηο ζπλζήθεο 2-anonymity θαη 2-diversity, θάπνηνο έρεη ηε δπλαηφηεηα ζπλδπάδνληαο ηα δεδνκέλα απφ ηα δχν ζηηγκηφηππα λα πξνζδηνξίζεη κε αθξίβεηα ηε λφζν θάζε αζζελνχο. Τπνζέηνπκε πσο ππάξρεη θάπνηνο αληίπαινο πνπ γλσξίδεη ηελ ειηθία, ηνλ ηαρπδξνκηθφ θψδηθα ηνπ Bob θαζψο θαη ηελ πιεξνθνξία πσο ν Bob έρεη εγγξαθή θαη ζηα δχν ζηηγκηφηππα (γηα παξάδεηγκα γλσξίδεη πσο ν Bob έρεη λνζειεπηεί 2 θνξέο πνπ αληηζηνηρνχλ ζηα δηαζηήκαηα πνπ αθνξνχλ ηα δχν ζηηγκηφηππα δεδνκέλσλ). Με βάζε ηνλ πίλαθα ηεο έμη εηθφλαο, ν αληίπαινο αλαθαιχπηεη πσο ν Bob λφζεζε είηε απφ δπζπεςία είηε απφ βξνγρίηηδα. Απφ ηνλ γεληθεπκέλν πίλαθα φκσο ηελ δεχηεξεο έθδνζεο, ν αληίπαινο αλαθαιχπηεη φηη ν Bob λφζεζε είηε απφ δπζπεςία είηε απφ γαζηξίηηδα. πλεπψο ν αληίπαινο γλσξίδεη κε πηζαλφηεηα ίζε κε 100 % πσο ε αζζέλεηα ηνπ Bob είλαη ε δπζπεςία. Γεδνκέλνπ φηη θάζε πιεηάδα ζε κηθξνδεδνκέλα κπνξεί λα ζπκκεηέρεη ζε νπνηνδήπνηε αξηζκφ επφκελσλ δεκνζηεχζεσλ έσο φηνπ δηαγξαθεί, δεκηνπξγείηαη κεγάιν πιήζνο ζπζρεηίζεσλ κεηαμχ δηαθφξσλ ζηηγκηφηππσλ κέζσ ησλ νπνίσλ γίλεηαη δπλαηή ε άληιεζε επαίζζεησλ δεδνκέλσλ. Ωο εθ ηνχηνπ, ρξεηαδφκαζηε κηα λέα αξρή γελίθεπζεο, ε νπνία λα θξνπξεί ηελ ηδησηηθή δσή απφ ηελ εμαγσγή ζπκπεξαζκάησλ κέζσ ηέηνησλ ζπζρεηίζεσλ. Γπζηπρψο κηα ηέηνηα αξρή δελ κπνξεί λα ππάξρεη θαζφινπ, εμαηηίαο ελφο θαηλνκέλνπ πνπ

17 νλνκάδνπκε θξίζηκε απνπζία. Σν πξφβιεκα πνπ δε κπνξνχκε λα δηνξζψζνπκε είλαη πσο παξ φηη νη δεκνζηεχζεηο ησλ δεδνκέλσλ πξαγκαηνπνηνχληαη ζε γεληθεπκέλεο ζρέζεηο, ε ηδησηηθή δσή ηνπ Bob παξαβηάδεηαη κεηά ηε δεχηεξε δεκνζίεπζε. πλεπψο δελ έρεη ζεκαζία πφζν γεληθεπκέλε ζα είλαη ε ζρέζε πνπ ζα δεκνζηεπηεί ζην θνηλφ. Όπσο απνδείρηεθε νη δηαγξαθέο παξακέλνπλ έλα ζεκαληηθφ κεηνλέθηεκα ζηελ ππνζηήξημε ηεο δηαηήξεζεο ηεο εκπηζηεπηηθφηεηαο ζηα δπλακηθά δεδνκέλα. Μία ιχζε ζα ήηαλ λα αγλννχκε ηηο δηαγξαθέο, δειαδή λα κελ αθαηξνχκε άρξεζηεο εγγξαθέο, σο κηα πξνζπάζεηα αλαραίηηζεο δεκηνπξγίαο ζπζρεηηζκψλ κεηαμχ δεκνζηεπκέλσλ ζρέζεσλ. Απηή φκσο ε πξνζπάζεηα πξψησλ ζα νδεγνχζε ζε νινέλα θαη κεγαιχηεξν πιήζνο άρξεζησλ εγγξαθψλ πνπ ζα δπζρέξαηλε ζεκαληηθά ηε ρξήζε ησλ δεδνκέλσλ γηα ηελ επεμεξγαζία πνπ πξννξίδνληαη θαη δεχηεξνλ, ζα ήηαλ αλψθειν εάλ ν αληίπαινο γλψξηδε ρξνλνζήκαηα δηαγξαθήο εγγξαθψλ. ηελ εηθφλα νρηψ βιέπνπκε έλα γεληθεπκέλν πίλαθα πνπ δελ παξαβηάδεη ην 2- anonymity. Ο ιφγνο είλαη πσο θξαηήζακε θάπνηεο εγγξαθέο. Η επηινγή απηψλ ησλ ζπγθεθξηκέλσλ εγγξαθψλ έγηλε βάζεη ησλ εμήο θξηηεξίσλ: Μηα εγγξαθή κπνξεί λα δηαγξαθεί απφ ηελ βάζε, κφλν αλ βξεζεί κηα αληίζηνηρε εηζαγσγή κε ηελ ίδηα ηηκή ζην επαίζζεην γλψξηζκα. Κάζε εγγξαθή, θάζε φιε ηελ δηάξθεηα εκθάληζεο ηεο ζηηο εθδηδφκελεο αλψλπκεο φςεηο αλήθεη ζε έλα quasi identifier ην νπνίν έρεη ην ίδην ζχλνιν ηηκψλ γηα ηελ επαίζζεηε ηδηφηεηα. Δηθόλα 8: Γεληθεπκέλε έθδνζε κε counterfeits

18 2.3 Παξαδνρέο θαη βαζηθό ππόβαζξν ηφρνο ηνπ m- Invariance είλαη ε επαλέθδνζε κηαο λέαο αλψλπκεο φςεο, έηζη ψζηε λα δηαζθαιίδεηαη πσο δε κπνξεί θάπνηνο λα εμάγεη ζπκπεξάζκαηα γηα επαίζζεηα πξνζσπηθά δεδνκέλα κε πηζαλφηεηα κεγαιχηεξε ηνπ 1/m. Βάζεη ησλ πξνεγνχκελσλ ζπκπεξαζκάησλ παξαηεξνχκε πσο γηα λα πξνζηαηέςνπκε ηελ αηνκηθφηεηα απαηηείηαη θάζε εγγξαθή λα έρεη κηα απζηεξά θαζνξηζκέλε δηάξθεηα δσήο, ζα ηε ζπκβνιίδνπκε κε [x, y]. Δπίζεο ζεσξνχκε πσο ν αληίπαινο έρεη γλψζε ηνπ quasi- identifier, ηεο δηάξθεηαο δσήο θαη ηνπ πφηε κηα εγγξαθή δηαγξάθεηαη ή εηζάγεηαη ζηε βάζε δεδνκέλσλ. 2.4 Ο αιγόξηζκνο Ο αιγφξηζκνο απνηειείηαη απφ ηέζζεξηο θάζεηο θαη βαζηθφο ζηφρνο ηνπ είλαη λα κεηψζεη ην πιήζνο ησλ άρξεζησλ εγγξαθψλ πνπ απνηεινχλ ζθνππίδηα θαη κεηψλνπλ ηελ αμία ηεο βάζεο δεδνκέλσλ, ελψ εμαζθαιίδεηαη ε ηδηφηεηα m- Invariance. Δπίζεο πξνζπαζεί λα κεηψζεη ηελ πεξίκεηξν θάζε QI. Division: ηε θάζε απηή θαηαζθεπάδεηαη έλα ζχλνιν απφ buckets κε βάζε ηηο εγγξαθέο ηνπ ζπλφινπ S, έηζη ψζηε θάζε εγγξαθή λα έρεη ηελ ίδηα ππνγξαθή. Balancing: ηφρνο απηνχ ηνπ ζηαδίνπ είλαη φια ηα buckets ζην ηέινο λα είλαη ηζνξξνπεκέλα (balanced: αλ ζε θάζε bucket κεγέζνπο k = a*b, ηνπ νπνίνπ ε signature πεξηέρεη b ηηκέο s1,, sb ηεο επαίζζεηεο ηδηφηεηαο, ππάξρνπλ αθξηβψο a εγγξαθέο κε ηελ ίδηα ηηκή si γηα θάζε i). Πξνθεηκέλνπ λα επηηεπρζεί απηφ, δηαηξέρνληαη φια ηα bucket ζηε ζεηξά. Δάλ βξεζεί θάπνην bucket πνπ δελ είλαη balanced, ηφηε αθαηξνχκε κηα εγγξαθή απφ ην S (κε ηελ πξνυπφζεζε φκσο λα παξακέλεη, εθφζνλ ήηαλ, m- eligible) Assignment: ην ζηάδην απηφ θαηαζθεπάδνπκε buckets ηθαλνπνηψληαο ηα εμήο θξηηήξηα: 1. Κάζε εγγξαθή πξέπεη λα εηζαρζεί ζε έλα bucket φπνπ ε ππνγξαθή πεξηέρεη ηε ηηκή ηεο επαίζζεηεο ηδηφηεηαο ηεο. 2. ην ηέινο ηνπ ζηαδίνπ φια ηα buckets πξέπεη λα είλαη ηζνξξνπεκέλα. Split: Καηαζθεπάδνπκε QI- Groups, ζπάδνληαο ηα buckets.

19 3 l-diversity ηφρνο ηνπ l - diversity είλαη ε δηαζθάιηζε ηεο αλσλπκίαο ησλ επαίζζεησλ δεδνκέλσλ θαη φρη ε ηαπηφηεηα ηεο εγγξαθήο. Γηα παξάδεηγκα, έζησ ν πίλαθαο ηεο παξαθάησ εηθφλαο, ν νπνίνο είλαη 4- anonymous. Παξαηεξνχκε πσο ζην ηειεπηαίν block φινη έρνπλ ηελ ίδηα αζζέλεηα. Αθφκα θαη αλ θάπνηνο δε γλσξίδεη ζε πνηνλ αλήθεη ε εγγξαθή έρεη θαηαθέξεη λα πξνζδηνξίζεη απφιπηα ηα πξνζσπηθά ηνπ δεδνκέλα. Δηθόλα 9: Πίλαθαο όπνπ εληνπίδνληαη απόιπηα επαίζζεηα δεδνκέλα 3.1 Δπηζέζεηο ζηελ k-anonymity Homogeneity Attack: Δπίζεζε φπνπ θάπνηνο εμσηεξηθφο ρξήζηεο γλσξίδεη ραξαθηεξηζηηθά γλσξίζκαηα ηνπ quasi identifier. Γηα παξάδεηγκα έζησ φηη έρνπκε δχν γείηνλεο ηελ Alice θαη ηνλ Bob,νη νπνίνη βξίζθνληαη ζε ζχγθξνπζε. Μηα κέξα ν Bob αξξσζηαίλεη θαη αζζελνθφξν ηνλ κεηαθέξεη ζην λνζνθνκείν. Η Alice απνθηά ηνλ 4- anonymous πίλαθα ηεο παξαπάλσ εηθφλαο θαη γλσξίδεη πσο κία απφ ηηο εγγξαθέο αλαθέξεηαη ζηελ εηζαγσγή ηνπ Bob. Δπίζεο σο γείηνλαο ηνπ Bob, είλαη ζε ζέζε λα γλσξίδεη ηνλ Σ.Κ. θαζψο θαη ηελ ειηθία ηνπ, πνπ είλαη 31 εηψλ. Άξα κε ζηγνπξηά μέξεη πσο ν Bob αληηζηνηρεί ζε κία απφ ηηο εγγξαθέο Γεδνκέλνπ φηη φιεο απηέο νη εγγξαθέο παξνπζηάδνπλ ηελ ίδηα αζζέλεηα, ε Alice γλσξίδεη φηη ν Bob πάζρεη απφ θαξθίλν. Απηφ ην θαηλφκελν είλαη αξθεηά ζχλεζεο. Background knowledge attack: ν εμσηεξηθφο ρξήζηεο κπνξεί επίζεο λα γλσξίδεη δηάθνξεο ζπζρεηίζεηο ηνπ αηφκνπ κε θάπνην επαίζζεην δεδνκέλν ή γεληθφηεξα ηνπ ζπλφινπ κε ηα επαίζζεηα δεδνκέλα. Γηα παξάδεηγκα, ε Alice έρεη κηα θίιε δηα αιιεινγξαθίαο νλφκαηη Umeko, ε νπνία λνζειεχηεθε ζην λνζνθνκείν φπσο ν Bob. Η Alice γλσξίδεη πσο ε Umeko είλαη κηα εηθνζάρξνλε Γηαπσλέδα ε νπνία κέλεη ζηνλ Σ.Κ.

20 = Βαζηζκέλε ζε απηέο ηηο πιεξνθνξίεο είλαη ζε ζέζε λα γλσξίδεη πσο ε εγγξαθή ηεο Umeko είλαη θάπνηα κεηαμχ ησλ 1, 2, 3, 4. Υσξίο επηπξφζζεηε πιεξνθνξία ε Alice δελ είλαη ζε ζέζε λα μερσξίζεη κε ζηγνπξηά ην ιφγν πνπ λφζεζε ε Umeko. Αιιά είλαη γλσζηφ πσο νη Γηαπσλέδνη παξνπζηάδνπλ ρακειά πνζνζηά ζε θξνχζκαηα θαξδηαθήο πξνζβνιήο, νπφηε ε Alice πιένλ γλσξίδεη πσο ε Umeco λφζεζε απφ γξίπε. ηε ελ ιφγσ έξεπλα παξνπζηάδεηαη έλα ηδαληθφ κνληέιν, ζην νπνίν ζεσξνχκε ηελ γλψζε πνπ κπνξεί λα έρεη έλαο εμσηεξηθφο ρξήζηεο θαη έπεηηα γεληθεχεηαη γηα ηελ πεξίπησζε πξνζηαζίαο ηνπ πίλαθα απφ επηζέζεηο ρσξίο λα έρνπκε ηε δπλαηφηεηα λα μέξνπκε ηελ γλψζε εμσηεξηθψλ παξαγφλησλ. Βαζηθή αξρή είλαη πσο ν δεκνζηεπκέλνο πίλαθαο πξέπεη λα παξέρεη ζηνλ αληίπαιν ιίγε πεξηζζφηεξε πιεξνθνξία ζπγθξηηηθά κε ηελ ππάξρνπζα πιεξνθνξία πνπ έρεη ήδε. Γειαδή πξέπεη λα ππάξρεη κηθξή δηαθνξά κεηαμχ ηεο prior θαη ηεο posterior γλψζεο. πλνιηθά ζα ιέγακε φηη ην l - diversity εμαζθαιίδεη πεξηζζφηεξν ηελ αλσλπκία απφ ηελ k- anonymity. Σν ηειεπηαίν δηαζθαιίδεη ηελ ηαπηφηεηα κηαο εγγξαθήο ελψ ην πξψην ηα επαίζζεηα δεδνκέλα. Πην ζπγθεθξηκέλα ην l - diversity δηαζθαιίδεη ηελ αλσλπκία ησλ επαίζζεησλ δεδνκέλσλ. Αλ ζεσξήζνπκε πσο ν αληίπαινο γλσξίδεη φηη ε εγγξαθή ππάξρεη κέζα ζηνλ εθδηδφκελν πίλαθα, ηφηε δελ έρνπκε θαλέλα ιφγν λα πξνζηαηέςνπκε ηελ ηαπηφηεηα απηήο. Αληίζεηα αξθεί λα πξνζηαηέςνπκε ηα επαίζζεηα δεδνκέλα.

21 4 K- Anonymization as Spatial Indexing Η δηαδηθαζία αλσλπκνπνίεζεο ελφο ζπλφινπ δεδνκέλσλ είλαη εληππσζηαθά φκνηα κε ηελ νηθνδφκεζε ρσξηθψλ δεηθηψλ ζε έλα ζχλνιν δεδνκέλσλ. Σφζν παξφκνηα πνπ θιαζηθέο ρσξηθέο ηερληθέο επξεηεξίαζεο κπνξνχλ λα ρξεζηκνπνηεζνχλ γηα ηελ αλσλπκνπνίεζε ησλ δεδνκέλσλ. ε γλσζηή έξεπλα παξνπζηάζηεθε αιγφξηζκνο αλσλπκνπνίεζεο, ζεκαληηθά βειηησκέλνο ζε ζχγθξηζε κε άιινπο αιγφξηζκνπο κε ζεβαζκφ ηφζν ζηελ απνηειεζκαηηθφηεηα ηνπ φζν θαη ζηελ δηαηήξεζε ηεο πνηφηεηαο ησλ δεδνκέλσλ (δειαδή ηελ απνθπγή θαηαθξενχξγεζεο ηνπο κε ζθνπφ λα παξακέλνπλ ρξήζηκα). πγθεθξηκέλα, ν αιγφξηζκνο επηηξέπεη ηελ αλσλπκνπνίεζε ζπλφισλ δεδνκέλσλ πνπ πεξηέρνπλ ηνπιάρηζηνλ 100 εγγξαθέο. 4.1 Μνληέιν δεηθηνδόηεζεο γλσξηζκάησλ κε δέληξν Βαζηθφο ζηφρνο φισλ ησλ αιγνξίζκσλ k-αλσλπκνπνίεζεο είλαη ε κεηαηξνπή ελφο πίλαθα Σ κέζσ θαηάιιεισλ δηακεξηζκψλ ζε νκάδεο εγγξαθψλ, έηζη ψζηε θάζε νκάδα λα πεξηέρεη ηνπιάρηζηνλ k εγγξαθέο. Γηα λα ππνδείμνπκε θαιχηεξα ηε ζχλδεζε κεηαμχ ηεο δεηθηνδφηεζεο θαη ηεο αλσλπκνπνίεζεο, ππνζέηνπκε φηη ην BT είλαη έλα B+ δέλδξν δεηθηνδφηεζεο γηα ηελ ηδηφηεηα Α1, ε νπνία αλήθεη ζην ζχλνιν ραξαθηεξηζηηθψλ αλαγλσξηζηηθψλ ελφο πίλαθα Σ. Κάζε κνλνπάηη απφ ηε ξίδα ηνπ δέληξνπ πξνο έλα θφκβν- θχιιν L παξάγεη έλα ζχλνιν εγγξαθψλ ηνπ πίλαθα Σ ηέηνηεο ψζηε ε ηηκή ηεο Α1 λα ηθαλνπνηείηαη κε ηελ ηηκή πνπ πξνθχπηεη απφ ηε δηαδξνκή πνπ αθνινπζήζεθε. Όηαλ εθαξκφζνπκε απηή ηελ έλλνηα ζε θάζε θφκβν ζην ΒΣ, κπνξνχκε λα κεηακνξθψζνπκε ηνλ πίλαθα Σ ζε έλα λέν πίλαθα Σ1 αληηθαζηζηψληαο ηελ ηηκή ηεο Α1 κε ην θαηάιιειν εχξνο ηηκψλ πνπ πξνθχπηεη απφ ην δέληξν (εγγξαθέο ζηνλ ίδην θφκβν-θχιιν ζα έρνπλ ηελ ίδηα λέα ηηκή Α1). Γίλεηαη πιένλ αληηιεπηφ πσο έλα δέληξν δεηθηνδφηεζεο Β+ ζέηεη πεξηνξηζκφ ζε φινπο ηνπο θφκβνπο ηνπ δέληξνπ έηζη ψζηε νη ηηκέο ηεο ηδηφηεηαο πνπ δεηθηνδνηείηαη θάζε θχιιν λα βξίζθνληαη κεηαμχ δχν ηηκψλ Nmin θαη Nmax. Λφγσ απηήο ηεο ηδηφηεηαο πξνθχπηεη έλαο λένο k- anonymous πίλαθαο φπνπ k = Nmin. Η παξαθάησ εηθφλα δείρλεη έλα Β+ δέληξν πνπ δεηθηνδνηεί ηελ ηδηφηεηα ειηθία.

22 Δηθόλα 10: Πίλαθαο θαη αλώλπκε όςε ηνπ Δηθόλα 11: Γεηθηνδόηεζε γλσξίζκαηνο κε ρξήζε δέληξνπ Η αλσλπκνπνίεζε γηα κε ρσξηθά δεδνκέλα κε ηε ρξήζε θιαζηθήο κεζφδνπ ρσξηθήο δεηθηνδφηεζεο, έρεη ήδε εθαξκνζηεί θαη δηαλεκεζεί ζε εκπνξηθά θαη αλνηρηνχ θψδηθα RDBMS. Η ζρέζε κεηαμχ δεηθηνδφηεζεο θαη αλσλπκνπνίεζεο δίλεη κηα άιιε πξννπηηθή ζην ρψξν ηεο k- anonymity θαη ελνπνηεί πνιινχο επηζπκεηνχο ζηφρνπο ζε κηα εληαία πξνζέγγηζε: Μία πξνζέγγηζε βαζηζκέλε ζε έλα R- tree γηα αλσλπκνπνίεζε καο εθνδηάδεη κε απνδνηηθνχο αιγφξηζκνπο πνπ επηηξέπνπλ ηελ ηαρχηεξε αλσλπκνπνίεζε ζπγθξηηηθά κε παιηφηεξεο ηερληθέο, αθφκε θαη γηα ηα ζχλνια δεδνκέλσλ πνπ παξακέλνπλ ζηε κλήκε. Δπίζεο απνδίδεη θαιά αθφκα θαη ζε ζχλνια δεδνκέλσλ πνιχ κεγαιχηεξα απφ ηελ θχξηα κλήκε. Απηφ καο επηηξέπεη ηελ αλσλπκνπνίεζε ελφο ζπλφινπ δεδνκέλσλ ησλ εγγξαθψλ.

23 Οη ρσξηθνί δείθηεο είλαη θαηάιιεινη γηα ηελ εθκεηάιιεπζε ηνπ πξνζδνθψκελνπ σθέιηκνπ θνξηίνπ φηαλ πξαγκαηνπνηείηαη αλσλπκνπνίεζε ζπλφισλ δεδνκέλσλ. Δπηιέγνληαο λα δεηθηνδνηήζνπκε ζπγθεθξηκέλα ραξαθηεξηζηηθά αλαγλψξηζεο (quasi identifier) ζε ζπλδπαζκφ κε θαηάιιεινπο αιγφξηζκνπο δηαίξεζεο ελζσκαηψλνπκε ηελ αλσλπκνπνίεζε ζε εξσηήκαηα θφξηνπ εξγαζίαο. Ο ηδηνθηήηεο κηαο βάζεο δεδνκέλσλ κπνξεί λα επηζπκεί λα δηαλέκεη αλψλπκνπο πίλαθεο δηαθνξεηηθήο αλαιπηηθφηεηαο, γεγνλφο πνπ αληηθαηνπηξίδεη ηελ εκπηζηνζχλε ηεο. Γηα παξάδεηγκα, κπνξεί λα παξαδψζεη έλα 5-anonymous πίλαθα ηεο ζε κηα ηαηξηθή νκάδα έξεπλαο, παξέρνληαο παξάιιεια έλα 10- anonymous πίλαθα ζε κηα εξεπλεηηθή νκάδα αζθάιηζεο. Αληί λα αλσλπκνπνηήζεη εθ λένπ ηνλ αξρηθφ πίλαθα γηα θάζε νκάδα, αληηκεησπίδνληαο ηνλ θίλδπλν ηεο παξαβίαζεο ηεο ηδησηηθήο δσήο ζε πεξίπησζε πνπ ζπγθξηζνχλ νη δχν πίλαθεο, εθκεηαιιεπφκαζηε ηε δνκή ηνπ δέληξνπ γηα απηφκαηε παξαγσγή πνιιαπιψλ δηαθνξεηηθήο αλσλπκνπνίεζεο πηλάθσλ. 4.2 R-tree spatial indexing Η ρξήζε ησλ R- δέληξσλ θέξλνπλ καδί ηνπο πνιιέο επηζπκεηέο ηδηφηεηεο φηαλ εθαξκφδνληαη απηά ζην πξφβιεκα ηεο k-αλσλπκνπνίεζεο. Μέρξη ζήκεξα, ζηε βηβιηνγξαθία δελ ππάξρνπλ αιγφξηζκνη γηα αλσλπκνπνίεζε ζπλφισλ δεδνκέλσλ πνπ δελ ρσξάλε ζηε κλήκε. Μαδηθή θφξησζε επξεηεξίσλ βάζεσλ δεδνκέλσλ έρεη ζρεδφλ εμ νξηζκνχ επηθεληξσζεί ζηα ζπγθεθξηκέλα ζχλνια δεδνκέλσλ. Μηα ζεηξά καδηθψλθφξησζεο ηερληθέο έρνπλ πξνηαζεί γηα δεηθηνδφηεζε ρσξηθψλ δεδνκέλσλ. Καηά ηε δηάξθεηα ηεο πινπνίεζεο πνπ πξαγκαηνπνηήζακε αλαθαιχςακε πσο κία ηερληθή κε ηαμηλνκεκέλεο καδηθήο θφξησζεο βαζηζκέλε ζηελ έλλνηα ηνπ δέληξνπ πξνζσξηλήο απνζήθεπζεο ιεηηνχξγεζε απνδνηηθφηεξα γηα πνιπδηάζηαηα ζχλνια δεδνκέλσλ. Σν δέληξν πξνζσξηλήο απνζήθεπζεο βαζίδεηαη ζηε ηαπηφρξνλε εηζαγσγή πνιιψλ εγγξαθψλ ζην δέληξν. Κάζε εζσηεξηθφο θφκβνο ηνπ δέλδξνπ έρεη κία κλήκε πξνζσξηλήο απνζήθεπζεο. Οη πνιιαπιέο εηζαγσγέο πξαγκαηνπνηνχληαη σο εμήο. Έλαο θφκβνοδείθηεο δηαηεξεί δεζκεχνληαο ζηε κλήκε ηηο εηζαγσγέο πνπ θαηαθζάλνπλ. Όηαλ ν αξηζκφο ησλ θαηαρσξήζεσλ (εγγξαθψλ) ππεξβεί έλα πξνθαζνξηζκέλν φξην, ην ζχλνιν ησλ εγγξαθψλ ελεξγνπνηείηαη θαη πξνρσξάκε ζην επφκελν επίπεδν ηνπ δέληξνπ. Η εηζαγσγή ησλ εγγξαθψλ ζηακαηά εθφζνλ νη εηζαγσγέο πξαγκαηνπνηεζνχλ ζε θφκβνπο

24 θχιια. ην παξαθάησ ζρήκα έρνπκε έλα παξάδεηγκα ελφο δέληξνπ πξνζσξηλήο απνζήθεπζεο κεηά απφ κηα ζεηξά απφ εηζαγσγέο. Σν δέλδξν απνηειείηαη απφ ηξεηο θφκβνπο Ν1, Ν2, Ν3 θαη πέληε θχιια ζειίδσλ P1,..., P5. Δηθόλα 12: Γέληξν πξνζσξηλήο απνζήθεπζεο κεηά από εηζαγσγέο Υαξαθηεξηζηηθφ ηνπ δέληξνπ πξνζσξηλήο απνζήθεπζεο είλαη φηη νη εηζαγσγέο δηαζρίδνπλ ην δέληξν απφ ηε ξίδα πξνο ηνπο θφκβνπο θχιια, ελψ νη αλαδηαξζξσηηθέο ιεηηνπξγίεο δηαπεξλνχλ ην δέληξν απφ ην θχιιν πξνο ηα πίζσ ζηε ξίδα. Μηα ιεηηνπξγία αλαδηάξζξσζεο απνηειείηαη απφ ηε δηάζπαζε ελφο πιήξε θφκβνπ. Όηαλ φια ηα ππφδεληξα ηνπ θφκβνπ έρνπλ νινθιεξψζεη ηηο αλαδηαξζξψζεηο ηνπο, ζηε ζπλέρεηα νη θαηαρσξήζεηο απνζεθεχνληαη ζηνλ πίλαθα δξνκνιφγεζεο ηνπ θφκβνπ. Απηφ κπνξεί λα νδεγήζεη ζε θαηλνχξηα ππεξρείιηζε κε απνηέιεζκα ηελ πεξαηηέξσ δξάζε αλαδηάξζξσζεο. ηελ παξαθάησ εηθφλα έρνπκε έλα παξάδεηγκα κηαο δηαδηθαζίαο αλαδηάξζξσζεο.

25 Δηθόλα 13: Γηαδηθαζία Αλαδηάξζξσζεο 4.3 Απόδνζε εθηέιεζεο εξσηήκαηνο ε έλα παξαδνζηαθφ πεξηβάιινλ βάζεσλ δεδνκέλσλ, ε απφδνζε εθηέιεζεο ελφο εξσηήκαηνο ελφο δείθηε ζπλήζσο θαζνξίδεηαη απφ παξάγνληεο φπσο ν ρξφλνο πνπ ρξεηάδεηαη γηα ηελ εθηέιεζε ηνπ ή ηνλ αξηζκφ ησλ θφκβσλ ζα έπξεπε λα ςάμεη γηα λα βξεη φιεο ηηο εγγξαθέο πνπ ηθαλνπνηνχλ ηηο ζπλζήθεο ηνπ εξσηήκαηνο. ηελ k-anonymity, έρνπκε ζπλδέζεη ηελ επίδνζε ελφο εξσηήκαηνο κε ηνλ αξηζκφ ησλ εγγξαθψλ πνπ πεξηιακβάλνληαη ζηελ απάληεζε ελψ δελ ηθαλνπνηνχλ ην εξψηεκα πνπ ηέζεθε ζρεηηθά κε ηα αξρηθά δεδνκέλα. Έζησ W λα είλαη ην ζχλνιν ησλ θφκβσλ θχιισλ (ή δηακεξίζεσλ) ζε κία δεηθηνδνηνχκελε βάζε δεδνκέλσλ φπνπ έγηλε αλαδήηεζε ιφγσ ελφο εξσηήκαηνο Q1. Αο ζεσξήζνπκε σο Q2 ην ίδην εξψηεκα πνπ φκσο ηίζεηαη πάλσ ζηα αλψλπκα ζηνηρεία. εκεηψζηε φηη, εάλ κία δηακέξηζε P πεξηέρεηαη ζηε W, ηφηε ην P είλαη κηα

26 ππνςήθηα δηακέξηζε πνπ κπνξεί λα πεξηέρεη κία εγγξαθή πνπ ηθαλνπνηεί ην εξψηεκα Q1. Αλ Ρ δελ αλήθεη ζηε W, ηφηε είλαη βέβαην φηη ε P δελ λα πεξηέρεη νπνηαδήπνηε εγγξαθή πνπ ηθαλνπνηεί ην Q1. θεθηείηε, γηα παξάδεηγκα, ην αθφινπζν εξψηεκα ζε έλαλ πίλαθα Σ: SELECT COUNT(*) FROM T WHERE T.Age 25 AND T.Age 35 Δάλ ην δηάζηεκα ειηθίαο γηα ηελ P δίλεηαη σο [40-50] ηφηε P δελ ζα ζπκπεξηιεθζεί ζηελ W. Δάλ φκσο ην δηάζηεκα ειηθίαο είλαη [20-30] ηφηε ε P ζα πεξηιεθζεί ζηε W. Παξαηεξνχκε επίζεο πψο είλαη πηζαλφ ε P λα κε πεξηέρεη θακία εγγξαθή πνπ ηθαλνπνηεί ην εξψηεκα. Οη ηηκέο ειηθίαο ζηελ P κπνξεί ζηελ πξαγκαηηθφηεηα λα θπκαίλνληαη απφ 20 έσο 24. Παξ 'φια απηά, δεδνκέλνπ φηη έρνπκε αθξηβείο ηηκέο εγγξαθψλ ζηα unanonymized δεδνκέλα, νη ππνςήθηεο δηακεξίζεηο ζα πξέπεη λα εμεηαζηνχλ θαη ζα επηζηξαθνχλ νη ζρεηηθέο εγγξαθέο. Σν εξψηεκα Q2 ζηα αλψλπκα δεδνκέλα κπνξεί λα επηζηξέςεη φιεο ηηο εγγξαθέο ζηε W αθνχ δελ έρνπκε αθξηβείο πιεξνθνξίεο ζε απηή ηελ πεξίπησζε. Οξίδνπκε ην ζθάικα γηα ην 2 ν εξψηεκα σο εμήο C2 -C1/C1 φπνπ C1 θαη C2 είλαη ην πιήζνο ησλ εγγξαθψλ ησλ απνηειεζκάησλ ησλ δχν εξσηεκάησλ αληίζηνηρα. Γηαηζζεηηθά, ην ζθάικα γηα ην Q2 κπνξεί λα κεησζεί εάλ ζηε W έρνπκε ιηγφηεξεο δηακεξίζεηο. Οη θαηαρσξήζεηο ζην R- tree δηαηεξνχληαη ζε ειάρηζηα ηεηξάγσλα νξηνζέηεζεο (MBR). Σα MBR επηηξέπνπλ εξσηήκαηα αλαδήηεζεο θαη εχξνπο λα εθηεινχληαη απνδνηηθά ζε έλα ζχλνιν ρσξηθψλ δεδνκέλσλ. Με ηε ρξήζε ησλ MBR, απμάλνπκε ηελ πηζαλφηεηα φηη κία δηακέξηζε δελ ζα ζπκπεξηιεθζεί ζηε W. 4.4 Multi- granular k- Anonymity Δλψ απνηειεί πξσηαξρηθφ ζηφρν ηεο k-anonymity ε πξνζηαζίαο ηεο ηδησηηθήο δσήο, είλαη επίζεο πνιχ ρξήζηκν ν έιεγρνο ηεο αθξίβεηαο ή αλαιπηηθφηεηαο ησλ πιεξνθνξηψλ πνπ δηαλέκνληαη ζε δηαθνξεηηθνχο θνξείο, πξνθεηκέλνπ λα κπνξεί λα πεξηνξηζηεί ε ηθαλφηεηα ζχλδεζεο κεηαμχ ηνπο.

27 Οξηζκόο 2: Αλαιπηηθόηεηα (Granularity) Λέκε όηη έλα k-αλώλπκν ζύλνιν δεδνκέλσλ είλαη έλα αλώλπκν ζύλνιν δεδνκέλσλ αλαιπηηθόηεηαο k. Πξέπεη λα είκαζηε ζε ζέζε λα παξάγνπκε δηαθνξεηηθήο αλαιπηηθφηεηαο αλσλπκνπνηήζεηο ηνπ πίλαθα Σ ={T 1,, T n} δηαηεξψληαο παξάιιεια ηελ k- anonymity ψζηε ζε πεξίπησζε χπαξμεο αληηπάινπ πνπ έρεη πξφζβαζε ζε πεξηζζφηεξνπο απφ έλαλ αλψλπκν πίλαθα λα κε κπνξεί λα γίλεη ζχλδεζε. 4.5 Έλαο ηεξαξρηθόο αιγόξηζκνο γηα ηε δεκηνπξγία πνιύ- αλαιπηηθώλ δεδνκέλσλ ζπλόισλ Μηα απιή πξνζέγγηζε ζηε δεκηνπξγία αλψλπκσλ ζπλφισλ δεδνκέλσλ ησλ δηαθνξεηηθψλ επηπέδσλ αλαιπηηθφηεηαο είλαη ε εθ λένπ αλσλπκνπνίεζε ηνπ πίλαθα T γηα ηελ απφθηεζε ησλ αλψλπκσλ πηλάθσλ T'1,..., T'n. ηε ζπλέρεηα, πξέπεη λα επηβεβαησζεί φηη δηαηεξείηαη ε k-anonymity γηα θάζε εγγξαθή ζε φιεο ηηο αλσλπκνπνηήζεηο ηνπ Σ. Μπνξνχκε, σζηφζν, λα εθκεηαιιεπηνχκε ηε δελδξηθή δνκή ησλ ρσξηθψλ δεηθηψλ γηα ηελ παξαγσγή ζπλφισλ δεδνκέλσλ δηαθνξεηηθήο αλαιπηηθφηεηαο εμαζθαιίδνληαο απηφκαηα φηη δηαηεξείηαη ε k-anonymity. Έζησ SI λα είλαη έλαο πνιπδηάζηαηνο ρσξηθφο δείθηεο γηα ην αξρηθφ ζχλνιν δεδνκέλσλ κε ηηο αθφινπζεο ηδηφηεηεο: Οη θφκβνη θχιια πεξηέρνπλ εγγξαθέο ηεο ηάμεο k θαη ck, φπνπ c θάπνηα ζηαζεξά. Οη εζσηεξηθνί θφκβνη πεξηέρνπλ εγγξαθέο πιήζνπο απφ l έσο m. Γηα θάζε επίπεδν ζην SI, κπνξνχκε λα δεκηνπξγήζνπκε απηφκαηα αλψλπκα ζχλνια δεδνκέλσλ αλαιπηηθφηεηαο k, l 1 k, l 2 k,..., l h k, φπνπ h είλαη ην χςνο ηνπ SI. Γηα λα δεκηνπξγήζεηε έλαλ αλψλπκν πίλαθα αλαιπηηθφηεηαο l i k, ραξηνγξαθνχκε θάζε θφκβν Nj ζην επίπεδν i ζε θάζε δηακέξηζε Pj ζηνλ αλψλπκν πίλαθα. Οη εγγξαθέο ζηε Pj είλαη φιεο νη εγγξαθέο πνπ πεξηέρνληαη ζην ζχλνιν ησλ θφκβσλ θχιισλ ζην ππνδέληξν ηνπ θφκβνπ Nj.

28 4.6 Αιγόξηζκνο ζεηξηαθήο ζάξσζεο Παξαθάησ πεξηγξάθεηαη έλαο αιγφξηζκνο πνπ αληί λα δεκηνπξγεί αλψλπκνπο πίλαθεο κε ηεξαξρηθφ ηξφπν, ρξεζηκνπνηεί ηελ αθνινπζία ησλ θφκβσλ πνπ βξίζθνληαη ζην ίδην επίπεδν ηνπ δέληξνπ. Η αλαιπηηθφηεηα ησλ ζπλφισλ δεδνκέλσλ πνπ κπνξεί λα παξαρζεί κε ηε ρξήζε ελφο ηεξαξρηθνχ αιγνξίζκνπ πεξηνξίδεηαη απφ ην φξην πνπ ζέηεη ν ειάρηζηνο αξηζκφ εγγξαθψλ ζε θάζε θφκβν ζην δέληξν. Απηφ ην ειάρηζην φξην πιεξφηεηαο γηα ηνπο δηθηπαθνχο θφκβνπο εληζρχεη ηελ ηδηφηεηα φηη θάζε ππνδέληξν πεξηέρεη έλαλ ειάρηζην αξηζκφ εγγξαθψλ. Τπνζέζηε φηη φινη νη θφκβνη (ζπκπεξηιακβαλνκέλσλ ησλ θχιισλ θφκβσλ)ζην SI πεξηιακβάλνπλ κεηαμχ δχν θαη ηεζζάξσλ εγγξαθψλ. ηε ζπλέρεηα, ζηελ θαιχηεξε πεξίπησζε, κπνξνχκε λα έρνπκε αλψλπκα ζχλνια δεδνκέλσλ αλαιπηηθφηεηαο k, 2k, 4 k, 8k,..., 2 h k. Υξεζηκνπνηψληαο ην ηεξαξρηθφ αιγφξηζκν, ζα είκαζηε ζε ζέζε λα δεκηνπξγήζνπκε έλα 6-anonymous ζχλνιν δεδνκέλσλ, ην θαιχηεξν πνπ κπνξνχκε λα θάλνπκε είλαη έλαο 8-anonymous ζχλνιν δεδνκέλσλ. (Φπζηθά, εμ νξηζκνχ, έλα 8-anonymous ζχλνιν είλαη θαη 6-anonymous). Γνζέληνο ελφο εξσηήκαηνο γηα έλα ζχλνιν δεδνκέλσλ αλαιπηηθφηεηαο k1, κπνξνχκε λα βειηηψζνπκε ηε ιεηηνπξγία ηνπ ηεξαξρηθνχ αιγνξίζκνπ «ζθαλάξνληαο» ηα θχιια θφκβνπο κε ηε ζεηξά θαη δηακεξίδνληαο ηα ζε νκάδεο πιήζνπο k1/k. ην ζπγθεθξηκέλν παξάδεηγκα, δεδνκέλνπ φηη θάζε θφκβνο θχιιν πεξηέρεη ηνπιάρηζηνλ δχν εγγξαθέο αλ k1=6, ζα ζαξψζνπκε ηνπο θφκβνπο θχιια, ζρεκαηίδνληαο νκάδεο ησλ ηξηψλ θχιισλ- θφκβσλ, εθηφο απφ ηελ ηειεπηαία νκάδα πνπ κπνξεί λα πεξηέρεη κεηαμχ ηξηψλ θαη πέληε θφκβσλ. ηελ παξαθάησ εηθφλα βιέπνπκε ηνλ αιγφξηζκν ζεηξηαθήο ζάξσζεο ησλ θφκβσλ θχιισλ γηα ηελ δεκηνπξγία πνιχ- αλαιπηηθψλ αλσλπκνπνηήζεσλ ελφο ζπλφινπ δεδνκέλσλ.

29 Δηθόλα 14: Αιγόξηζκνο ζεηξηαθήο ζάξσζεο Παξαηεξνχκε πσο αθνχ θάζε θφκβνο κπνξεί λα πεξηέρεη κεηαμχ k θαη ck εγγξαθέο, είλαη δπλαηφλ λα δεκηνπξγεζνχλ νκάδεο πνπ πεξηέρνπλ ιηγφηεξεο απφ k1/k θφκβνπο θχιια. Ο αιγφξηζκνο αξρηθνπνηεί κηα λέα νκάδα ή κηα λέα δηακέξηζκα κε ηνλ επφκελν θφκβν. Δάλ απηή ε νκάδα πεξηιακβάλεη ηνπιάρηζηνλ k1 εγγξαθέο, νινθιεξψζεθε ε δηαδηθαζία γηα ηελ ελ ιφγσ νκάδα θαη κπνξνχκε πξνρσξήζνπκε ζηε δεκηνπξγία ηεο επφκελεο. Γηαθνξεηηθά, έλα λέν θχιιν πξνζηίζεηαη ζηελ ηξέρνπζα νκάδα. Ο αιγφξηζκνο ζηακαηά ηελ πξνζζήθε ησλ θχιισλ ζε κηα νκάδα, φηαλ ν ζπλνιηθφο αξηζκφο εγγξαθψλ ζηελ νκάδα είλαη ηνπιάρηζηνλ k1. Αλαδξνκηθά δεκηνπξγνχληαη φιεο νη νκάδεο κε ηνλ ηξφπν πνπ πεξηγξάςακε πξνεγνπκέλσο. Οη ρξφλνη εθηέιεζεο αλσλπκνπνίεζεο είλαη αλεμάξηεηνη απφ ηελ πξαγκαηηθή ηηκήο ηεο παξακέηξνπ k, δηφηη ε δεκηνπξγία ελφο αλψλπκνπ ζπλφινπ δεδνκέλσλ γηα θάζε βαζκφ αλαιπηηθφηεηαο απαηηεί κηα πιήξε ζάξσζε φισλ ησλ θχιισλ ηνπ δέληξνπ.

30 4.7 Γηαδηθαζία ζπκπίεζεο Καζψο ζπκπεξηθεξφκαζηε ζην πξφβιεκα ηεο k-anonymization σο πξφβιεκα επξεηεξίαζεο, αλαγλσξίδνπκε πσο ρξεζηκνπνηψληαο θάπνηεο απφ ηηο ηερληθέο γηα ηε βειηίσζε ηεο απφδνζεο εξσηήκαηνο ζρεηηθά κε ηνπο δείθηεο ηχπνπ R- tree ζα είρε σο απνηέιεζκα ηελ δξακαηηθή αχμεζε ηεο αθξίβεηαο ησλ αλψλπκσλ ζπλφισλ. Με ηε ρξήζε ειάρηζησλ θνπηηψλ νξηνζέηεζεο (minimum bounding boxes), ηα ελ ιφγσ ρσξηθά επξεηήξηα αθήλνπλ θελά ζηνλ ρψξν, πνπ αληηζηνηρνχλ ζε πεξηνρέο πνπ δελ έρνπλ θακία εγγξαθή. Γη απηφ πξνηείλεηαη κηα δηαδηθαζία ζπκπίεζεο. γηα ηελ αχμεζε ηεο αθξίβεηαο ελφο αλψλπκα δεδνκέλα πνπ δεκηνπξγνχληαη γηα θάζε δείθηε. ηφρνο ηεο δηαδηθαζίαο ζπκπίεζεο είλαη, γηα θάζε δηακέξηζε P1 ζε έλα k-anonymous ζχλνιν δεδνκέλσλ D, ε δεκηνπξγία κηαο άιιεο δηακέξηζεο P1 κε κηα αθξηβέζηεξε πεξηγξαθή ζρεηηθά κε ηηο εγγξαθέο ζην P. Πξφθεηηαη γηα έλαλ απιφ αιγφξηζκν, αξρηθά ζαξψλεηαη θάζε δηακέξηζε P Α θαη έηζη δεκηνπξγνχληαη νη ειάρηζηεο ζέζεηο νξηνζέηεζεο. Γηα θάζε ηδηφηεηα απφ ην ζχλνιν ησλ αλαγλσξηζηηθψλ ραξαθηεξηζηηθψλ πνπ παίξλεη αξηζκεηηθέο ηηκέο, ν αιγφξηζκνο ζπκπίεζεο δεκηνπξγεί έλα λέν εχξνο ηηκψλ φπνπ ηα νξηαθά ζεκεία είλαη νη ειάρηζηεο θαη κέγηζηεο ηηκέο πνπ πξνθχπηνπλ γηα ηηο εγγξαθέο ζην P. Δηθόλα 15: Δθαξκόδνληαο ηε δηαδηθαζία ζπκπίεζεο ζε δηακεξίζεηο

31 Γηα θάζε θαηεγνξεκαηηθή ηδηφηεηα πνπ απνηειεί αλαγλσξηζηηθφ ραξαθηεξηζηηθφ, ε δηαδηθαζία θαηαξγεί φιεο ηηο ηηκέο απφ ην ζχλνιν πνπ δελ απαληψληαη ζηελ P. Όηαλ νη ηεξαξρίεο γελίθεπζεο ρξεζηκνπνηνχληαη ζηε ζέζε ησλ ζπλφισλ, ε δηαδηθαζία επηιέγεη ην ρακειφηεξν θνηλφ πξφγνλν ζηελ ηεξαξρία γηα φιεο ηηο ηηκέο ζην P. Οη παιηέο γεληθεπκέλεο ηηκέο γηα θάζε εγγξαθή ζην Ρ, ζηε ζπλέρεηα αληηθαζίζηαηαη κε ηηο λέεο, πην ζπκππθλσκέλεο ηηκέο. Έλα πιενλέθηεκα ηεο δηαδηθαζίαο ζπκπίεζεο είλαη φηη, ζε ζχγθξηζε κε ηα απνηειέζκαηα απφ ηελ ίδηα εξσηήκαηα πνπ ηέζεθαλ ζηα αξρηθά δεδνκέλα θαη ζε ζπκππθλσκέλα δεδνκέλα ηα απνηειέζκαηα ησλ δεχηεξσλ ππεξηεξνχλ ζε αθξίβεηα. Απηή ε δηαδηθαζία ζπκπίεζεο κπνξεί λα νδεγήζεη ζηελ αίζζεζε φηη κε ηε ζπκπίεζε απμάλεηαη ην κέγεζνο ηεο πιεξνθνξίαο πνπ απνθαιχπηεηαη ζε ζχγθξηζε κε ην αλ δελ είρε πξαγκαηνπνηεζεί ζπκπίεζε. Γηα παξάδεηγκα, έλαο αληίπαινο ηψξα είλαη ζε ζέζε λα γλσξίδεη ζε πνηεο πεξηνρέο δελ αληηζηνηρνχλ εγγξαθέο γεγνλφο πνπ δελ ήηαλ ζε ζέζε λα ζπκπεξάλεη πξηλ. Παξ φια απηά πξφθεηηαη γηα κία ππνθεηκεληθή εθηίκεζε πνπ απνηειεί ζεκαληηθφ ζέκα ζε φιεο ηηο κειέηεο πνπ έρνπλ πξαγκαηνπνηεζεί k-αλσλπκίαο.

32 5 Spatial Cloaking Revisited Οη Location-based services (LBS) γίλνληαη φιν θαη πην δεκνθηιείο, θαζψο παξέρνπλ άλεζε ζηνπο ρξήζηεο θηλεηψλ επηθνηλσληψλ κε ηηο πιεξνθνξίεο πνπ δεηνχληαη ζηηγκηαία (on-demand). Η ρξήζε απηψλ ησλ ππεξεζηψλ, σζηφζν, ζέηεη δεηήκαηα πξνζηαζίαο ηεο ηδησηηθήο δσήο, φπσο είλαη νη ζέζεηο ησλ ρξεζηψλ θαη ηα εξσηήκαηα πνπ εθηίζεληαη ζε αλαμηφπηζην ππεξεζίεο. Σερληθέο ρσξηθνχ «καλδχα» (cloaking= καλδχαο) παξέρνπλ πξνζηαζία ηεο ηδησηηθήο δσήο, κε ηε κνξθή ηεο k-anonymity Γειαδή, εγγπψληαη φηη ε ζέζε ηνπ ρξήζηε u ηαπηίδεηαη κε ηνπιάρηζηνλ k-1 άιινπο, φπνπ k είλαη κία παξάκεηξνο πνπ θαζνξίδεηαη απφ u. Γηα λα επηηεπρζεί απηφ, ζρεκαηίδεηαη κηα νκάδα ρξεζηψλ k, ζπκπεξηιακβαλνκέλσλ θαη ηνπ u, θαη ππνινγίδνληαη ηα ειάρηζηα επηθαιππηφκελα νξζνγψληα (νλνκάδεηαη anonymizing ρσξηθή πεξηνρή, ASR) ζην LBS. Σν ζθεπηηθφ πίζσ απφ ηελ απνζηνιή ελφο ASR αληί γηα ηηο μερσξηζηέο ηνπνζεζίεο k είλαη φηη νη αθξηβείο ζέζεηο ησλ ρξεζηψλ (ξσηψληαο ή κε) δελ πξέπεη λα απνθαιπθζνχλ ζην LBS. Απηφ έρεη σο απνηέιεζκα κεγάιν ASRs κε ζεκαληηθή πνζφηεηα λεθξνχ ρψξνπ, θαη νδεγεί ζε άζθνπε ππνβάζκηζε ησλ επηδφζεσλ. Δπηπιένλ, δελ ππάξρεη θακία εγγχεζε ζρεηηθά κε ην πνζφ ησλ πιεξνθνξηψλ γηα ηε ζέζε πνπ είλαη πξαγκαηηθά απνθαιχπηεηαη ζηνλ LBS. Παξαθάησ εηζάγεηαη ε έλλνηα ηεο δηαξξνήο πιεξνθνξηψλ ζε ρσξηθφ πεξηβάιινλ πνπ έρεη εμαζθαιηζηεί ηερληθή καλδχα. Παξέρνληαη ηα κέηξα ησλ πηζαλψλ δηαξξνψλ, θαη ππνδεηθλχνληαη πηζαλέο βειηηψζεηο γηα επίηεπμε θαιχηεξσλ επηδφζεσλ. 5.1 Πιαίζην εξγαζίαο Η απμαλφκελε ηάζε ησλ θνξεηψλ ζπζθεπψλ, φπσο ηα θηλεηά ηειέθσλα κε δπλαηφηεηα GPS θαη ηα palm-tops, έρεη νδεγήζεη ζε κηα αλαπηπζζφκελε αγνξά ησλ location-based services (LBS). Οη ρξήζηεο ησλ ππεξεζηψλ απηψλ, ξσηνχλ ηηο LBS πξνθεηκέλνπ λα αλαθηήζνπλ πιεξνθνξίεο γηα δεδνκέλα (πνπ αθνξνχλ ζεκεία ελδηαθέξνληνο, POI) ζηελ πεξηνρή θνληά ηνπο. Σν θχξην δήηεκα πνπ πξνθχπηεη ζε απηφ ην πεξηβάιινλ είλαη φηη νη ρξήζηεο απνθαιχπηνπλ ηηο ζέζεηο ηνπο ζηηο αλαμηφπηζηεο LBS. Με ηε ζεηξά ηεο, ε πιεξνθνξία απηή κπνξεί λα νδεγήζεη ζηελ ηαπηνπνίεζε ησλ ρξεζηψλ (κηα δηαδηθαζία πνπ ζπλήζσο απνθαιείηαη re-identification) κέζσ δεκφζηαο

33 δηαζέζηκεο πιεξνθνξίαο, θπζηθήο παξαηήξεζεο, θαη εληνπηζκφ θηλεηήο ζπζθεπήο. Η θχζε ησλ ζεκείσλ ελδηαθέξνληνο (π.ρ. HIV θιηληθέο) κπνξεί λα γλσζηνπνηνχλ επαίζζεηεο πξνζσπηθέο πιεξνθνξίεο ζην LBS, ή λα πξνθαιέζνπλ απηφθιεηεο ζηνρεπφκελεο δηαθεκίζεηο (π.ρ., εάλ ηα POI είλαη πξνκεζεπηέο ζπγθεθξηκέλσλ ππεξεζηψλ ή πξντφλησλ). Γηα λα ιπζεί ην παξαπάλσ πξφβιεκα, νη ρσξνηαμηθέο κέζνδνη απφθξπςεο αληηθαζηζηνχλ ηε ζέζε ηνπ ρξήζηε κε κία αλψλπκε ρσξηθή πεξηνρή (ASR) πξηλ απφ ηελ απνζηνιή ηνπ εξσηήκαηνο ζην LBS. Σν ASR είλαη ζπλήζσο έλαλ νξζνγψλην παξάιιειν ζηνλ άμνλα ηνπ x ην νπνίν πεξηθιείεη ηνλ εξσηψλ ρξήζηε u θαη ηνπιάρηζηνλ k-1 επηπιένλ ρξήζηεο. Σν ζχλνιν απηψλ ησλ ρξεζηψλ k νλνκάδεηαη αλσλπκνπνίεζε ζπλφινπ (AS- anonymizing set) ηνπ u. Η παξάκεηξνο k πξνζδηνξίδεηαη απφ u θαη αληηθαηνπηξίδεη ην βαζκφ ηεο απαηηνχκελεο αλσλπκίαο. Σν παξαθάησ ζρήκα δείρλεη έλα ηέηνην παξάδεηγκα φπνπ ην εξψηεκα u απεηθνλίδεηαη σο έλα θνχθην ζεκείν, απαηηεί 10- αλσλπκία (δειαδή, k = 10). Η εηθφλα παξνπζηάδεη ηελ ππνινγηζκέλε ASR, ππνζέηνληαο φηη ε αλσλπκνπνίεζε ζχλνιν u επηπιένλ πεξηέρεη απφ u1έσο θαη u9. Δηθόλα 16: Αλσλπκνπνίεζε ελαληίνλ δηαξξνήο πιεξνθνξίαο Αλάινγα κε ηελ αξρηηεθηνληθή πνπ ρξεζηκνπνηείηαη, ππάξρνπλ θεληξηθνί θαη απνθεληξσκέλνη κέζνδνη ππνινγηζκνχ ASR. ηελ πξψηε πεξίπησζε, ε ASR έρεη δεκηνπξγεζεί απφ έλαλ αμηφπηζην δηαθνκηζηή (ηνλ anonymizer), ν νπνίνο δηαηεξεί φιεο ηηο ηνπνζεζίεο ησλ ρξεζηψλ. ηε δεχηεξε πεξίπησζε, ε ASR ππνινγίδεηαη κε έλα

34 ζπλεξγαηηθφ ηξφπν απφ ηνπο ίδηνπο ηνπο ρξήζηεο (κε ηελ πξνυπφζεζε φηη ππάξρεη ακνηβαία εκπηζηνζχλε θαη επηθνηλσλνχλ αζχξκαηα). ε θάζε πεξίπησζε, ε ASR ζηε ζπλέρεηα απνζηέιιεηαη ζην LBS. Ο ηειεπηαίνο ππνινγίδεη ηηο απαληήζεηο ην ζεη ησλ ππνςεθίσλ (δειαδή, ηα ζεκεία ελδηαθέξνληνο πνπ ηθαλνπνηνχλ ηελ αλαδήηεζε ηνπ ρξήζηε) γηα θάζε πηζαλή ζέζε ζην εζσηεξηθφ ηνπ ASR. Η αξρή ζηελ νπνία βαζίδεηαη ε γεληθή πξνζέγγηζε πνπ πεξηγξάθεηαη παξαπάλσ είλαη φηη νη ζέζεηο ησλ ρξεζηψλ δελ ζα πξέπεη λα γλσζηνπνηνχληαη ζην LBS. Ωζηφζν, εάλ ην LBS γλψξηδαλ ήδε ηηο ζέζεηο φισλ ησλ ρξεζηψλ, δελ ζα ππήξρε αλάγθε γηα ASR. Η αλσλπκία ζα εμαθνινπζνχζε λα δηαηεξείηαη ζηέιλνληαο άκεζα ηηο αθξηβείο ηνπνζεζίεο ησλ ρξεζηψλ ηνπ anonymizing ζπλφινπ. Απηή ε πξνζέγγηζε φρη κφλν ζα ηηκήζεη ηελ αλσλπκία, αιιά ζα νδεγήζεη επίζεο ζε κηθξφηεξν ζεη ππνςεθίσλ( CS) θαη ζπλεπψο θαιχηεξε απφδνζε. Όπσο εμεγνχκε αξγφηεξα, ν θχξηνο παξάγνληαο πνπ επεξεάδεη ηε ζπλνιηθή απφδνζε ηνπ ζπζηήκαηνο είλαη ην κέγεζνο ηνπ CS (δειαδή, ν αξηζκφο ησλ POI κέζα ζην CS). Δπηπξφζζεηα, ην θφζηνο ζε δνιάξηα κπνξεί λα είλαη ρακειφηεξν, δηφηη ζε εκπνξηθέο LBSs, ην πνζφ πνπ θαηαβιήζεθε απφ ηνλ ρξήζηε είλαη αλάινγν κε ηνλ αξηζκφ ησλ POI πνπ παξέρνληαη απφ ην LBS. Μεηά ην παξαπάλσ ζθεπηηθφ, ζα έιεγε θαλείο φηη αθφκε θαη αλ νη LBS δελ γλψξηδαλ ηηο ζέζεηο ησλ ρξεζηψλ, ζα κπνξνχζακε λα ζπάζνπκε ηηο ASR ζε κηθξφηεξεο ππφ- ASRs πξνθεηκέλνπ λα απνθχγνπκε ηε κειέηε πεξηνρψλ ηεοasr πνπ δελ πεξηέρνπλ ρξήζηε. Η ηερληθή απηή δηεπθξηλίδεηαη ζην ζρήκα, φπνπ ηξεηο επηκέξνπο ASRs (R1, R2, θαη R3) ρξεζηκνπνηνχληαη αληί γηα κία, πξνθεηκέλνπ λα αζρνιεζεί κε ην ίδην εξψηεκα ηνπ ρξήζηε u θαη ηελ ίδηα απαίηεζε αλσλπκίαο k=10. χκθσλα κε ηηο αξρέο θαη ηνπο ζηφρνπο ησλ πθηζηάκελσλ ρσξηθψλ πξνζεγγίζεσλ απφθξπςεο, απηή ε πνιιαπιή κέζνδνο δεκηνπξγίαο ππφ- ASR δηαηεξεί ηελ αλσλπκία ησλ εξσηεκάησλ ησλ ρξεζηψλ, θαη δελ απνθαιχπηεη θακία ηνπνζεζία ρξήζηε. Δπηπιένλ, νδεγεί ζε κηα κηθξφηεξν ζεη ππνςεθίσλ CS θαη ζπλεπψο πξνθχπηεη θαιχηεξε απφδνζε. Ωζηφζν, απηή ε πξνζέγγηζε απνθαιχπηεη θαηά θάπνην ηξφπν πιεξνθνξία ζέζεο ζε ζχγθξηζε κε κηα θαη κφλν ASR, επεηδή ην LBS ζα απνθηήζεη κεγαιχηεξεο αθξίβεηαο γλψζε ζρεηηθά κε ην πνχ βξίζθνληαη νη ρξήζηεο. 5.2 Τερληθέο Απόθξπςεο Η ηερληθή «δηάζηεκα καλδχα» (interval cloak), είλαη κία απφ ηηο πξψηεο ηερληθέο απφθξπςεο. Ο anonymizer δεηθηνδνηεί ηνπο ρξήζηεο κε ηε βνήζεηα ελφο ηεηξαδηθνχ

35 δέληξνπ. Γηα λα ζρεκαηίζνπλ κία αλψλπκε ρσξηθή πεξηνρή (ASR) γηα έλαλ ρξήζηε έζησ u, ε ζπγθεθξηκέλε ηερληθή «θαηεβαίλεη» ην δέληξν κέρξη ην αλψηεξν θφκβν πνπ πεξηέρεη ηνπιάρηζηνλ k ρξήζηεο (ζπκπεξηιακβαλνκέλνπ ηνπ u ). Η έθηαζε απηνχ ηνπ θφκβνπ επηζηξέθεηαη σο ε δεηνχκελε πεξηνρή (ASR). ην παξαθάησ ζρήκα, εάλ έλαο ρξήζηεο u1 ζέζεη έλα εξψηεκα κε k = 2, ε ηερληθή Γηάζηεκα Μαλδχα ζα ςάμεη ζην εζσηεξηθφ ηνπ ηεηαξηεκνξίνπ [(0,0),(1,1)], ε νπνία πεξηέρεη ιηγφηεξν απφ 2 ρξήζηεο. ηε ζπλέρεηα, ζα νπηζζνδξνκήζεη έλα επίπεδν, θαη ζα επηζηξέςεη ην γνλέα ηνπ ελ ιφγσ ηεηαξηεκφξηνπ [(0,0),(2,2)], σο ηελ ASR. Σν ηεηαξηεκφξην πνπ επηζηξάθεθε κπνξεί λα πεξηέρεη πεξηζζφηεξνπο απφ ηνπο k ρξήζηεο, επηβαξχλνληαο ηηο δηαδηθαζίεο επεμεξγαζίαο εξσηεκάησλ ζην LBS. Δηθόλα 17: Παξάδεηγκα απόθξπςεο Η ηερληθή απφθξπςεο Casper Μαλδχα είλαη παξφκνηα κε ηνλ Μαλδχα Γηαζηήκαηνο πνπ πεξηγξάθεθε πξνεγνπκέλσο, κε δχν ζεκαληηθέο δηαθνξέο. Πξψηνλ, ν Casper Μαλδχαο αλαγλσξίδεη θαη έρεη πξφζβαζε ζην επίπεδν ησλ θχιισλ ηνπ δέληξνπ απεπζείαο κέζσ ελφο πίλαθα θαηαθεξκαηηζκνχ. Γεχηεξνλ, αληί λα γίλεη νπηζζνδξφκεζε ζην ηεηαξηεκφξην γνλέα, πξψηα ειέγρεη ηα δχν γεηηνληθά ηεηαξηεκφξηα γηα λα δεη αλ ν ζπλδπαζκφο ηνπο κε ην ηεηαξηεκφξην ρξήζηε πεξηέρεη k (ή πεξηζζφηεξνπο) ρξήζηεο. ην παξαπάλσ ζρήκα, εάλ ν ρξήζηεο u1 ζέζεη έλα εξψηεκα κε k = 2, ν Casper Μαλδχαο

36 πξψηα ειέγρεη ηα γεηηνληθά ηεηαξηεκφξηα [(0,1). (1, 2)] θαη [(1, 0). (2, 1)]. Δάλ ν ζπλδπαζκφο κε κία απφ απηέο έρεη σο απνηέιεζκα λα ππάξρνπλ ζπλνιηθά k ρξήζηεο, ηφηε απηφ ην ζχλζεην νξζνγψλην επηζηξέθεηαη σο ε ASR. ε απηφ ην παξάδεηγκα, ην νξζνγψλην πνπ επηζηέθεηαη είλαη ην [(0,0). (1, 2)]. Έρεη απνδεηρζεί πψο ππάξρνπλ θαηαζηάζεηο φπνπ ε αλσλπκία παξαβηάδεηαη κε ηηο παξαπάλσ κεζφδνπο, θαη έηζη απνδεηθλχεηαη φηη ε απφιπηε αλσλπκία κπνξεί λα επηηεπρζεί εθφζνλ ιεθζεί ζνβαξά ππ φςηλ θαη εμαζθαιηζηεί ε ακνηβαηφηεηα. Ωο ακνηβαηφηεηα νξίδεηαη: Οξηζκόο 5.1: Έζησ ASk(u) λα είλαη ην αλώλπκν ζύλνιν ηνπ u γηα επίηεπμε αλσλπκνπνίεζεο k βαζκνύ. Έλαο αιγόξηζκνο καλδύα ηθαλνπνηεί ηελ ακνηβαηόηεηα αλλ (i) ην ASk(u) πεξηέρεη ηνπιάρηζηνλ k ρξήζηεο, θαη (ii) γηα θάζε ρξήζηεο u ζην ζύλνιν ASk(u) ηζρύεη όηη ASk(u ) = ASk(u), δειαδή όινη νη ρξήζηεο έρνπλ ίδηα AS. Πξνηείλεηαη ν Υίικπεξη Μαλδχαο, έλαο αιγφξηζκνο πνπ ηθαλνπνηεί απηή ηελ ηδηφηεηα. Οη ρξήζηεο ηαμηλνκνχληαη ζχκθσλα κε ηελ Hilbert θακπχιε. Η ηαμηλνκεκέλε αθνινπζία δηαηξείηαη ηζνκεξψο ζε νκάδεο ησλ k ζπλερφκελσλ ρξεζηψλ. Η AS ζρεκαηίδεηαη απφ ηελ νκάδα πνπ εκπεξηέρεη ηνλ εξσηψλ ρξήζηε u. Η αλαθεξφκελε ASR ππνινγίδεηαη σο ην ειάρηζην νξζνγψλην νξηνζέηεζεο ηεο AS. ηελ παξαπάλσ εηθφλα, εάλ ν u1 ζέζεη έλα εξψηεκα κε k = 3, ηφηε ηέζζεξηο Hilbert νκάδεο δεκηνπξγνχληαη, φπσο θαίλεηαη ζην θάησ κέξνο ηεο εηθφλαο. Ο ρξήζηεο u1 αλήθεη ζηελ πξψηε νκάδα, θαη γηα απηφ ε AS πεξηιακβάλεη ηνπο u1, u2, u3. Η ASR πνπ δεκηνπξγείηαη είλαη ην ζθηαγξαθεκέλν νξζνγψλην. Λφγσ ηεο απιφηεηάο ηνπ, ν Hilbert Μαλδχαο έρεη εθαξκνζηεί θαη ζε απνθεληξσκέλα ζπζηήκαηα. 5.3 Δπεμεξγαζία εξσηεκάησλ από ηελ LBS Σα δχν πην ζπλεζηζκέλα ρσξηθά εξσηήκαηα είλαη ηα εξσηήκαηα εχξνπο θαη ηα εξσηήκαηα εχξεζεο θνληηλφηεξνπ γείηνλα. Λακβάλνληαο ππφςε κφλν κηα ASR θαη ηνλ ηχπν ηνπ εξσηήκαηνο / παξακέηξνπο, κηα LBS πξέπεη λα πξνβεί ζε έξεπλα γηα ηελ εχξεζε ησλ ζεκείσλ ελδηαθέξνληνο, δειαδή εθείλσλ πνπ ηθαλνπνηνχλ ηελ αλαδήηεζε γηα θάζε πηζαλή ζέζε ηνπ ρξήζηε εληφο ηεο ASR. πλήζσο, νη LBS απνζεθεχνπλ ηα ζεκεία ελδηαθέξνληνο ζε δεπηεξνβάζκην απνζεθεπηηθφ ρψξν, δεηθηνδνηεκέλα ζε έλα R- tree. Δάλ ηεζεί έλα εξψηεκα R-εχξνπο, ε LBS ππνινγίδεη ην CS σο ηελ έλσζε φισλ ησλ

37 ζεκείσλ ελδηαθέξνληνο πνπ εκπίπηνπλ ζην εζσηεξηθφ ηεο ASR ή βξίζθνληαη ζε απφζηαζε R απφ ην φξηφ ηνπ. ην παξάδεηγκα ηεο παξαθάησ εηθφλαο ε LBS δηεπξχλεη ην ASR (θαίλεηαη κε δηαθεθνκκέλε θακπχιε) απφ R, θαη εθηειεί έλα ζπλεζηζκέλν εξψηεκα εχξνπο. Σν CS πεξηέρεη ηα P1, P2, θαη P3. Δάλ ηεζεί έλα εξψηεκα εχξεζεο θ θνληηλφηεξσλ γεηηφλσλ, ην CS πεξηέρεη ηελ έλσζε ησλ Κ θνληηλφηεξσλ ζεκείσλ ελδηαθέξνληνο ζε νπνηαδήπνηε ζεκείν εληφο ηεο ASR. Γηα ηνλ πξνζδηνξηζκφ ηνπ CS γηα έλα εξψηεκα NN (δειαδή, K = 1), ε LBS ρξεηάδεηαη λα αλαθηήζεη (i) φια ηα αληηθείκελα πνπ βξίζθνληαη ζην εζσηεξηθφ ηεο ASR (δειαδή, P1) (ii) ηνπο θνληηλφηεξνπο γείηνλεο απφ νπνηαδήπνηε ηνπνζεζία θαηά κήθνο ηνπ νξίνπ ηεο ASR (δειαδή, P2, P3, P5). Σν ηειεπηαίν ζηνηρείν επεμεξγάδεηαη γξακκηθά κε ηε κέζνδν θνληηλφηεξνπ γείηνλα γηα θαζεκία απφ ηηο 4 άθξεο ηεο ASR, ε είζνδνο ζε απηή ηε κέζνδν είλαη έλα ή πεξηζζφηεξα γξακκηθά ηκήκαηα γξακκήο, γηα ηα νπνία νη θνληηλφηεξνη γείηνλεο βξίζθνληαη κε κηα δηάζρηζε ζην R-tree. Δηθόλα 18: Δξώηεκα εύξνπο Δηθόλα 19: Δξώηεκα εύξεζεο NN Τπάξρνπλ ελαιιαθηηθέο πξνζεγγίζεηο γηα ηελ πξνζηαζία ηεο ηδησηηθφηεηαο φζνλ αθνξά ηελ ηνπνζεζία. Μία πηζαλή πξνζέγγηζε είλαη λα αγλνεί ηνπο ρξήζηεο πνπ δελ εξσηνχλ θάηη θαη αλη απηνχ λα νκαδνπνηεί κφλν ηνπο ρξήζηεο πνπ ξσηνχλ κεηαμχ ηνπο. Δπίζεο, πξνηείλεηαη κηα απνξξήηνπ ζέζε ζπγγξαθή κέζνδνο εδηθή γηα ηελ πξνζεγγηζηηθή επεμεξγαζία θνληηλφηεξσλ γεηηφλσλ. ηε ζπλέρεηα έρνπκε ηελ πεξίπησζε φπνπ ν ρξήζηεο u θνηλνπνηεί ζηελ LBS έλα ζχλνιν ςεχηηθσλ ηνπνζεζίεο θαη πξφζζεηα ηα δηθά

38 ηνπ. Ο ρξήζηεο ζηέιλεη κφλν κηα πιαζηή ηνπνζεζία ζην LBS θαη ζηαδηαθά αλαθηά θνληηλφηεξνπο γείηνλέο ηεο, ελψ ππάξρνπλ θαη πεξηπηψζεηο φπνπ ηζρχεη ηδησηηθή αλάθηεζε πιεξνθνξηψλ γηα εξσηήκαηα ΝΝ. Οη παξαπάλσ κέζνδνη δελ κπνξνχλ λα εμαζθαιίζνπλ k-αλσλπκίαο, θαη είλαη πεξηνξηζηηθή φζνλ αθνξά ην είδνο ησλ εξσηήζεσλ, ή / θαη επηβαξχλνληαη κε απαγνξεπηηθά πςειφ θφζηνο επεμεξγαζίαο εξσηεκάησλ. 5.4 Information Leakage- aware Cloaking Η Information Leakage-aware Cloaking (ILC) κεζνδνινγία ηζρχεη θαη γηα θεληξηθά θαη γηα απνθεληξσκέλα κνληέια καλδχα. Ωζηφζν, πξνθεηκέλνπ λα απνθεπρζεί ε ζχγρπζε θαη γηα λα είλαη πην θαηαλνεηφ, ππνζέηνπκε φηη εξγαδφκαζηε κε ζπγθεληξσηηθφ κνληέιν ζην παξάδεηγκά καο εθηφο αλ νξίδεηαη δηαθνξεηηθά. Έρνπκε επηθεληξσζεί ζε ρσξηθνχο ρξήζηεο (δειαδή, δχν δηαζηάζεσλ) θαη ηνπνζεζίεο ησλ ζεκείσλ ελδηαθέξνληνο. Παξφκνηα κε ήδε ππάξρνληα ρσξηθά ζπζηήκαηα απφθξπςεο, ζεσξνχκε φηη νη ρξήζηεο (πνπ απνηεινχλ ζχλνιν U) είλαη θηλεηνί, θαη ζπλερψο ελεκεξψλνπλ ηνλ anonymizer κε ηηο πιένλ πξφζθαηεο ζέζεηο ηνπο. Σν ζχλνιν ησλ ζεκείσλ ελδηαθέξνληνο είλαη ζηαηηθφ, θαη είλαη δεηθηνδνηνχκελν απφ έλα R-tree. εκεηψζηε φηη ε ILC αζρνιείηαη θπξίσο κε ηε δηαδηθαζία ηεο απφθξπςεο, θαη γη απηφ ε δεηθηνδφηεζε ζηελ LBS ή ε θηλεηηθφηεηα ησλ ζεκείσλ ελδηαθέξνληνο έρεη κηθξή επίπησζε ζε απηφ. Δζηηάδνπκε ηελ πξνζνρή καο ζηα πην θνηλά ρσξηθά εξσηήκαηα, δειαδή, εξσηήκαηα εχξνπο θαη εξσηήκαηα πιεζηέζηεξνπ γείηνλα (NN). Ωζηφζν, ε ηερληθή καο κπνξεί άκεζα λα ελζσκαησζεί ζε θάπνην ππάξρσλ κνληέιν γηα λα ππνινγίζεη θαη ζπλερή εξσηήκαηα. Όζνλ αθνξά ην θαλάιη επηθνηλσλίαο ππνζέηνπκε φηη: 1. Η ζχλδεζε κεηαμχ ηνπ εξσηψλ ρξήζηε u θαη ηνπ anonymizer (ζην ζπγθεληξσηηθφ κνληέιν) ή κεηαμχ ησλ ρξεζηψλ (ζε απνθεληξσκέλα ζπζηήκαηα) είλαη θξππηνγξαθεκέλε 2. Σν θαλάιη επηθνηλσλίαο κεηαμχ ηνπ anonymizer (ή ησλ ρξεζηψλ, ζε κηα απνθεληξσκέλνπ ζπζηήκαηνο) θαη ην LBS, δελ ρξεηάδεηαη λα είλαη αζθαιήο. Η πξψηε ππφζεζε παξαπάλσ ζπλεπάγεηαη φηη δελ είλαη δπλαηέο νη ππνθινπέο γηα ηελ LBS, θαη φηη ε παξάκεηξνο k παξακέλεη άγλσζηε. Η δεχηεξε ππφζεζε πξαθηηθά ζεκαίλεη φηη ε LBS δελ είλαη ν κνλαδηθφο δπλαηφο αληίπαινο, αιιά ε κέζνδφο καο ζα πξέπεη λα εμαζθαιίδεη ηελ αλσλπκία θαη ηελ ειεγρφκελε δηαξξνή πιεξνθνξίαο ζε ζρέζε κε θάζε θαθφβνπιε νληφηεηα πνπ κπνξεί λα ππνθιέςεη δεδνκέλα. Γηα ιφγνπο απινχζηεπζεο, ζεσξνχκε ηελ LBS σο αληίπαιν, αιιά ε ILC είλαη αζθαιήο ελαληίνλ νπνηνπδήπνηε απφ

39 ηνπο παξαπάλσ πξναλαθεξφκελνπο ηχπνπο ησλ νληνηήησλ. εκεηψζηε φηη ε εμαζθάιηζε ηεο γλεζηφηεηαο ησλ ζεκείσλ ελδηαθέξνληνο πνπ αλαθέξζεθαλ ζηνπο ρξήζηεο είλαη εθηφο ηνπ πεδίνπ ηνπ παξφληνο εγγξάθνπ. 5.5 Καηεγνξηνπνίεζε αληηπάισλ Οη κέζνδνη απφθξπςεο πνπ πεξηγξάθεθαλ πξσηχηεξα ππνζέηνπλ δχν εηδψλ αληηπάινπο: Αληίπαινη πνπ γλσξίδνπλ ην ρξήζηε: Οη αληίπαινη απηνχ ηνπ είδνπο γλσξίδνπλ ηηο ζέζεηο ησλ ρξεζηψλ. Γηα λα επηηεπρζεί ε αλσλπκία έλαληη απηψλ ησλ αληηπάισλ, αξθεί λα απνζηαινχλ ζηελ LBS νη αθξηβείο ζέζεηο φισλ ησλ ρξεζηψλ ζηελ αλψλπκε πεξηνρή (AS). Δάλ ε AS δηακνξθσζεί κε ακνηβαίν ηξφπν ηφηε ε anonymity είλαη εγγπεκέλε. Δμ νξηζκνχ έρνπκε ηε κηθξφηεξν δπλαηφ ζχλνιν ππνςεθίσλ γηα ηε ζπγθξηκέλε. Αληίπαινη πνπ δε γλσξίδνπλ ην ρξήζηε: Οη αληίπαινη απηνχ ηνπ ηχπνπ δελ γλσξίδνπλ ηηο ζέζεηο ηνπ ρξήζηε. Η απφθξπςε ηεο ζέζεο ηνπ εξσηψληνο ρξήζηε u είλαη εχθνιε θαη κπνξεί λα γίλεη απζαίξεηα (π.ρ., κε ηελ απνζηνιή ζην LBS ελφο νξζνγσλίνπ πνπ πεξηθιείεη ην u). Σν ζεκαληηθφ είλαη φηη νη αληίπαινη δε πξέπεη λα πιεξνθνξεζνχλ κε ηηο αθξηβείο ηνπνζεζίεο ησλ ρξεζηψλ (είηε απηνί είλαη εξσηψληεο ρξήζηεο ή κε). Απφ ηα πξνεγνχκελα ζπζηήκαηα έρεη επηβεβαησζεί φηη ππάξρνπλ ηαπηφρξνλα ηα δχν είδε αληηπάισλ πνπ αλαθέξζεθαλ παξαπάλσ, θαη γηα απηφ ην ιφγν ε αληηκεηψπηζε πξέπεη λα είλαη ζπιινγηθή. Η AS παξνπζηάδεηαη σο έλα νξζνγψλην ειάρηζηεο νξηνζέηεζεο, ψζηε λα κελ είλαη αθξηβείο νη ηνπνζεζίεο ησλ ρξεζηψλ ζηνπο αληηπάινπο πνπ δελ έρνπλ γλψζε, ελψ ε αλσλπκία είλαη εμαζθαιηζκέλε αθφκα θαη απφ ηνπο αληηπάινπο πνπ γλσξίδνπλ. Γπζηπρψο φκσο ην CS πεξηέρεη πεξηζζφηεξα ζεκεία ελδηαθέξνληνο. Οη παξαηεξήζεηο καο εδψ είλαη φηη δχν δηαθνξεηηθέο έλλνηεο απνηεινχλ ηε βάζε ηεο αξρήο ηνπ ζρεδηαζκνχ (δειαδή, ε αλσλπκία θαη ε δηαξξνή πιεξνθνξηψλ), θαζψο θαη φηη ε πξνζέγγηζε πνπ αθνινπζείηαη γηα ηε δηαζθάιηζε ηεο αλσλπκίαο κέρξη ζήκεξα, αδπλαηεί λα ειέγμεη ή αθφκε θαη λα πξνζδηνξίζεη πνζνηηθά ην βαζκφ πιεξνθνξίαο πνπ απνθαιχπηεηαη ζηνπο αληηπάινπο. Έηζη, παξέρεηαη έλα ζεκαληηθφ

40 κέηξν ηεο δηαξξνήο πιεξνθνξηψλ, θαη ζηε ζπλέρεηα πξνηείλεηαη κηα κεζνδνινγία ( ILC) γηα ηνλ έιεγρν απηήο. 5.6 Μέηξεζε δηαξξνήο πιεξνθνξίαο Ο έιεγρνο ηεο δηαξξνήο ηεο πιεξνθνξίαο επηηπγράλεηαη κέζσ κηαο παξακέηξνπ m. Απηή ε παξάκεηξνο νξίδεηαη απφ ην ζχζηεκα (γηα παξάδεηγκα ηνλ anonymizer) σο απαίηεζε γηα ηνλ κεραληζκφ ηνπ καλδχα. Γηαηζζεηηθά, ε δηαξξνή πιεξνθνξίαο είλαη αληηζηξφθσο αλάινγε ηεο παξακέηξνπ m, θαζψο νξίδνπκε ην βαζκφ δηαξξνήο λα ηζνχηαη κε 1/m. Όζνλ αθνξά ην ζθεπηηθφ πίζσ απφ ην κέηξν IL, θάπνηνο κπνξεί λα αλαξσηεζεί γηαηί δελ ην εθθξάδνπκε κε απφιπην ηξφπν σο ηε κέγηζηε αθξίβεηα πνπ νη LBS ζα ιάκβαλαλ γηα ηηο επηκέξνπο ζέζεηο ησλ ρξεζηψλ. Με άιια ιφγηα, απηή ε ελαιιαθηηθή ιχζε ζα απαηηνχζε θάζε ASR (ή sub- ASR) λα κελ βξίζθεηαη θνληχηεξα απφ δπν ηηκέο θαησθιίνπ (κία γηα θάζε άμνλα) δx θαη δy. Ο ιφγνο πνπ απνθιείνπκε απηή ηε κέζνδν είλαη φηη απνηπγράλεη λα ζπιιάβεη ηε θαηαλνκή ησλ ρξεζηψλ. Γηα παξάδεηγκα, ζην ζρήκα παξαθάησ βιέπνπκε έλα πξαγκαηηθφ ζχλνιν δεδνκέλσλ απφ ηνπνζεζίεο ζηε Βφξεηα Ακεξηθή πνπ ζα κπνξνχζε λα κνληεινπνηήζεη ηνπο ρξήζηεο καο. Οη ASR1 θαη ASR2 έρνπλ ηελ ίδηα έθηαζε (δειαδή δx θαη δy), αιιά ε πξψηε βξίζθεηαη ζε κηα πνιχ κηθξή πεξηνρή, ελψ ε δεχηεξε πεξηιακβάλεη πνιινχο ρξήζηεο (θαιχπηεη ηελ ππθλνθαηνηθεκέλε πφιε ζηε Νέα Τφξθε). αθψο, ε ASR1 απνθαιχπηεη πνιχ πεξηζζφηεξεο πιεξνθνξίεο ζην LBS ζπγθξηηηθά κε ηελ ASR2 Δηθόλα 20: Διαηηώκαηα πνπ πξνθύπηνπλ ιόγσ ρσξηθήο αθξίβεηαο

41 Μηα άιιε πξνζέγγηζε είλαη λα νξίζνπκε ην IL αλάινγα κε ηελ πεξηνρή ηεο ASR (ή ην ειάρηζην εκβαδφλ νπνηαζδήπνηε θαηαζθεπαζκέλεο επηκέξνπο ASR). ηελ εηθφλα παξαθάησ κπνξνχκε λα παξαηεξήζνπκε ηηο αδπλακίεο απηήο ηεο πξνζέγγηζεο κε έλα αληηπαξάδεηγκα. Μεηά ηνλ ππνινγηζκφ ηεο AS ηνπ u (αο πνχκε, κε ηε ρξήζε Hilbert καλδχα), θαηαζθεπάδνπκε κία ASR, κε ηε κνξθή κηαο κνλνθνλδπιηάο, δειαδή, έλα ζχλνιν ζπλδεδεκέλσλ επζχγξακκσλ ηκεκάησλ. Η γξακκή πεξλά απφ φινπο ηνπο ρξήζηεο ζηελ AS, θαη σο ζεκεία θακπήο επηιέγνληαη κε ηπραίν ηξφπν ηέηνηα ζεκεία ψζηε λα κελ ζπκπίπηνπλ κε νπνηαδήπνηε ηνπνζεζία ηνπ ρξήζηε. Απηή ε ASR έρεη κεδεληθή έθηαζε, νπφηε εχθνια κπνξνχκε λα δειψζνπκε πσο δελ ζα έρνπκε δηαξξνή πιεξνθνξίαο. Ωζηφζν, είλαη πξνθαλέο φηη απηφ δελ ζπκβαίλεη, θαζψο ε πιεξνθνξία γηα ηελ ηνπνζεζία πνπ απνθαιχθζεθε ηψξα είλαη πνιχ πην αθξηβήο. ηελ πξαγκαηηθφηεηα, ε θαηάζηαζε κπνξεί λα είλαη αθφκε ρεηξφηεξε εάλ, γηα παξάδεηγκα, νη ρξήζηεο κεηαθηλνχληαη ζε έλα νδηθφ δίθηπν, ε LBS ζα κπνξνχζε λα ππνινγίζεη ηηο ζέζεηο ησλ ρξεζηψλ απφ ηελ ηνκή ησλ δηαζηαπξψζεσλ κεηαμχ ηεο γξακκήο πνπ νξίδεη ηελ ASR ηηο θνξπθέο ηνπ νδηθνχ δηθηχνπ. Γηα απηφ ην ιφγν απνθεχγνπκε ηνλ νξηζκφ βάζε πεξηνρήο θαη πηνζεηνχκε απηφλ πνπ πεξηγξάθεθε ζηελ αξρή ηεο ελφηεηαο Δηθόλα 21: Μεηνλεθηήκαηα πνπ πξνθύπηνπλ ιόγσ νξηζκνύ ηνπνζεζίαο Πξνηνχ παξνπζηάζνπκε ηελ ILC κεζνδνινγία, θαιφ είλαη λα ηνλίζνπκε θάπνηα ζέκαηα πνπ αθνξνχλ ηε δηαθξηηφηεηα ησλ ελλνηψλ ηεο αλσλπκίαο (θαζνξίδεηαη απφ ηελ παξάκεηξν k) θαη ηνπ βαζκνχ δηαξξνήο πιεξνθνξίαο (θαζνξίδεηαη απφ ηελ παξάκεηξν m). Οη παξάκεηξνη k θαη m πινπνηνχλ δηαθνξεηηθέο απαηηήζεηο θαη ειέγρνπλ δηαθνξεηηθνχο κεραληζκνχο καλδχα. Ωζηφζν πςειφηεξε ηηκή ηεο k ππνλνεί

42 κεγαιχηεξε πξνζηαζία ηδησηηθφηεηαο, φπσο θαη κεγαιχηεξε ηηκή ηεο m νδεγεί ζε κηθξφηεξν βαζκφ δηαξξνήο πιεξνθνξηψλ. Έηζη απμάλνληαο ηηο ηηκέο ησλ παξακέηξσλ απηψλ, νδεγνχκαζηε ζε κηα πην αζθαιή θαηάζηαζε (κε ηε γεληθή έλλνηα). Η παξάκεηξνο k θαζνξίδεηαη μερσξηζηά απφ ην εξψηεκα θάζε ρξήζηε ελψ ε m θαζνξίδεηαη απφ ην ζχζηεκα. Η m είλαη κηα γεληθή παξάκεηξνο, δηφηη δελ αληαλαθιά ηηο αηνκηθέο πξνηηκήζεηο ηνπ ρξήζηε, αιιά ην βαζκφ δηαξξνήο ησλ πιεξνθνξηψλ απφ ην ζχζηεκα. Ωζηφζν ε κεζνδνινγία ILC κπνξεί λα πξνζαξκνζηεί εχθνια ζε πεξηβάιινληα φπνπ γηα θάπνην ιφγν ρξεηάδεηαη ε m λα δηεπθξηλίδεηαη απφ ην ρξήζηε. Ο έιεγρνο δηαξξνήο πιεξνθνξηψλ δελ παξαβηάδεη ηελ αλσλπκία (νχηε ηελ ακνηβαηφηεηα). ην ρήκα 1 (β), γηα παξάδεηγκα, εάλ ην AS πξνέξρεηαη απφ ακνηβαία αιγφξηζκν αλσλπκίαο, ε LBS αθφκα δελ κπνξεί λα εληνπίζεη ηελ ππνβνιή αηηεκάησλ ησλ ρξεζηψλ κε πηζαλφηεηα κεγαιχηεξε απφ 1 / k = 1 / 10. πλήζσο, m είλαη ζεκαληηθά κηθξφηεξν απφ ηελk, επεηδή ε πιεξνθνξία πσο έλαο ρξήζηεο βξίζθεηαη ζε θάπνηα ζέζε θαη δεηά έλα ζπγθεθξηκέλν εξψηεκα (ζρεηηθά κε ηελ αλσλπκία) είλαη πην επαίζζεηε απφ ηελ απιή γλψζε φηη ππάξρεη έλαο ρξήζηεο ζε κία ζέζε (ζρεηηθά κε ηελ δηαξξνή πιεξνθνξηψλ). 5.7 H multiple ASR πξνζέγγηζε Η θχξηα ηδέα ζηε κεζνδνινγία ILC είλαη λα απνθξχςεη ην AS (anonymizing set) ρξεζηκνπνηψληαο πνιιέο (sub-)asrs, φπνπ θακία απφ απηέο δελ πεξηέρνπλ ιηγφηεξνπο απφ m ρξήζηεο. Δπηπξφζζεηα, πξνθεηκέλνπ λα παξέρεηαη ν επηζπκεηφο βαζκφο δηαξξνήο πιεξνθνξίαο, γίλεηαη κηα πξνζπάζεηα γηα κείσζε ηνπ κεγέζνπο ηνπ CS πεξηνξίδνληαο ηνλ ρψξν φπνπ δελ βξίζθνληαη ρξήζηεο κέζα ζηηο ASRs. Σνλίδεηαη μαλά πσο ε ILC δελ παξαβηάδεη ηελ αλσλπκία, επεηδή δελ επεξεάδεη θαζφινπ ην AS πνπ πξνθχπηεη. Παξ φηη ε ILC κπνξεί λα εθαξκνζηεί ζε ζπλδπαζκφ κε άιιεο κεζφδνπο απφθξπςεο, ζηε παξνχζα έξεπλα ρξεζηκνπνηήζεθε ε κέζνδνο απφθξπςεο Hilbert Cloak. Σν AS γηα έλα ρξήζηε u έρεη ηε κνξθή κηαο ιίζηαο ζεκείσλ ηα νπνία πξνθχπηνπλ απφ ηελ εθαξκνγή ηεο θακπχιεο Hilbert ζην ρψξν. Η ILC δηαηξεί ην AS ζε ζχλνια. Κάζε ζχλνιν πεξηέρεη αθξηβψο m ρξήζηεο εθηφο απφ ην ηειεπηαίν πνπ κπνξεί λα πεξηέρεη απφ m έσο 2m -1 ρξήζηεο. ηε ζπλέρεηα ε ILC επηζηξέθεη κία sub-asr γηα θάζε m-ζχλνιν,

43 ππνινγίδνληαο ην ειάρηζηνλ επηθαιχπηνλ νξζνγψλην πνπ ηεο αληηζηνηρεί. Ο ςεπδνθψδηθαο είλαη: Δηθόλα 22: Αιγόξηζκνο δεκηνπξγίαο sub- ASR ηελ παξαθάησ εηθφλα έρνπκε έλα παξάδεηγκα κε k = 10 θαη m = 3. Σν AS πνπ παξάγεηαη απφ ηε κέζνδν Hilbert Cloak πεξηέρεη ηνπο ρξήζηεο απφ u1 έσο u10. Η κέζνδνο Hilbert Cloak ζα επέζηξεθε θαηεπζείαλ ηα MBR ηνπο, αληίζεηα ε ILC δηαηξεί ην AS ζε m-ζχλνια (κε m = 3), θαη δεκηνπξγεί κία sub-asr γηα θαζέλα απφ απηά. Απηφ νδεγεί sub-asrs SA1, SA2, SA3 φπσο θαίλεηαη ζηελ εηθφλα. Παξαηεξνχκε πσο ε ηειεπηαία m-νκάδα πεξηέρεη 4 users (πεξηζζφηεξν απφ m = 3). ε φιε ηελ παξαπάλσ πεξηγξαθή ηεο κεζνδνινγίαο θαη ηνπ παξαδείγκαηνο ππνζέζακε πσο m < k. Ωζηφζν ζηελ ζπάληα πεξίπησζε φπνπ m >= k κία κφλν ASR επηζηξέθεηαη. ε πεξηπηψζεηο φπνπ ε ASR πεξηέρεη ιηγφηεξνπο απφ m ρξήζηεο, ηε κεγεζχλνπκε κε άπιεζην ηξφπν πξνθεηκέλνπ λα ζπκπεξηιακβάλεη m ρξήζηεο κε ηελ ειάρηζηε φκσο αχμεζε ηεο πεξηνρήο. Απηή ε άπιεζηε κεγέζπλζε είλαη επηηξεπηή, θαζψο φπσο αλαθέξζεθε πξσηχηεξα ε ακνηβαηφηεηαο δελ είλαη απαίηεζε φηαλ ιακβάλνπκε ππ φςηλ ην βαζκφ δηαξξνήο πιεξνθνξίαο.

44 Δηθόλα 23: Παξάδεηγκα ILC

45 6 Reciprocal Framework for Spatial K-Anonymity Θεσξήζηε έλα ρξήζηε U πνπ ζέιεη λα ζέζεη έλα εξψηεκα ζρεηηθά κε ηελ ηνπνζεζία ηνπ θνληηλφηεξνπ λπρηεξηλνχ club ζε κία αλαμηφπηζηε LBS κέζσ ελφο κε αζθαινχο δηαχινπ επηθνηλσλίαο. Ο U εγθαζηδξχεη κία αζθαιήο ζχλδεζε κε ηνλ anonymizer πνπ είλαη αμηφπηζηνο server. Ο anonymizer αθαηξεί ην ID ηνπ ρξήζηε θαη πξνσζεί ην εξψηεκα ζηελ LBS. Παξ φια απηά ε LBS απαηηεί ηηο ζπληεηαγκέλεο ηνπ U πξνθεηκέλνπ λα επεμεξγαζηεί ην εξψηεκα. Αλ ε LBS είλαη θαθφβνπιε (γηα παξάδεηγκα ζπιιέγεη θαη πνπιά πξνζσπηθά δεδνκέλα θαη πξνζσπηθέο ζπλήζεηεο γηα εθκεηάιιεπζε απφ δηαθεκηζηηθέο εηαηξίεο), κπνξεί λα ζπζρεηίζεη απηέο ηηο ζπληεηαγκέλεο ζην ρξήζηε U κέζσ αξθεηψλ ηερληθψλ. Δπίζεο, ην θαλάιη επηθνηλσλίαο δελ είλαη αζθαιέο, γεγνλφο πνπ αθήλεη αλνηρηή ηελ πηζαλφηεηα θάπνηνο λα έρεη πξφζβαζε ζηα ζηνηρεία ηνπ U. ε γεληθέο κνξθέο ε αθαίξεζε ηεο ηαπηφηεηαο ηνπ ρξήζηε δελ είλαη αξθεηφ γηα ηεο δηαθχιαμε ηεο πξνζηαζίαο ηνπ φζνλ αθνξά ηα πξνζσπηθά ηνπ δεδνκέλα θαη ηελ ηαπηνπνίεζε ηνπ. Πνιιά ζπζηήκαηα ζηνρεχνπλ ζηελ επίιπζε απηψλ ησλ πξνβιεκάησλ ρξεζηκνπνηψληαο ηελ spatial K-anonymity (SKA). Η SKA απαηηεί έλαο επηηηζέκελνο αθφκα θαη αλ γλσξίδεη, ζηε ρεηξφηεξε πεξίπησζε, ηηο αθξηβείο ηνπνζεζίεο φισλ ησλ ρξεζηψλ λα κελ είλαη ζε ζέζε λα εληνπίζεη ηνλ ρξήζηε πνπ ζέηεη έλα εξψηεκα κε πηζαλφηεηα πνπ λα μεπεξλά ηελ ηηκή 1/k. Ωζηφζν ππάξρνπλ ηα πξαθάησ πξνβιήκαηα: (i) αλάινγα κε ηελ ηηκή ηεο K, έλαο κεγάινο αξηζκφο ηνπνζεζηψλ κεηαδίδνληα ζηελ LBS, (ii) ε LBS πξέπεη λα επεμεξγαζηεί K αλεμάξηεηα εξσηήκαηα θαη λα ζηείιεη πίζσ ηα απνηειέζκαηα ηνπο, θαη (iii) ν anonymizer απνθαιχπηεη ηηο αθξηβείο ηνπνζεζίεο ησλ ρξεζηψλ, θάηη πνπ δελ είλαη επηζπκεηφ ζε αξθεηέο εθαξκνγέο. Γηα λα αληηκεησπηζηνχλ απηά ηα πξνβιήκαηα ηα πεξηζζφηεξα ππάξρνληα ζπζηήκαηα ρξεζηκνπνηνχλ πεξηβάιινλ εξγαζίαο παξφκνην κε απηφ ηεο παξαθάησ εηθφλαο.

46 Δηθόλα 24: Πιαίζην εξγαζίαο ρσξηθώλ ζπζηεκάησλ (i) Έλαο ρξήζηεο/ πειάηεο U ζηέιλεη ην εξψηεκα θαη ηελ απαίηεζε αλσλπκίαο K ζηνλ anonymizer, ν νπνίνο δηαηεξεί ηηο ηξέρνπζεο ηνπνζεζίεο πνιιψλ αθφκα ρξεζηψλ. (ii) Ο anonymizer αθαηξεί ηελ ID ηνπ ρξήζηεο θαη επηιέγεη έλα anonymizing set (AS) πνπ πεξηέρεη ην U θαη ηνπιάρηζηνλ K-1 αθφκα γεηηνληθνχο ρξήζηεο. Μία anonymizing spatial region (K-ASR or ASR) είλαη κία πεξηνρή πνπ πεξηθιείεη είλαη κία πεξ ηελ AS. (iii) Ο anonymizer πξνσζεί ηελ ASR ζηελ LBS ε νπνία απνζεθεχεη ηα ρσξηθά δεδνκέλα. (iv) Η LBS επεμεξγάδεηαη ην εξψηεκα πνπ έιαβε θαη επηζηξέθεη ζηνλ anonymizer έλα ζχλνιν ππνςεθίσλ ζεκείσλ (candidate set) (v) Ο anonymizer αθαηξεί ηνπο ιαλζαζκέλνπο ππνςεθίνπο θαη πξνσζεί ην πξαγκαηηθφ απνηέιεζκα ζην U. ηελ παξαθάησ εηθφλα έρνπκε παξάδεηγκα φπνπ έλαο ρξήζηεο έζησ ν U3 ζέηεη έλα εξψηεκα εχξεζεο θνληηλφηεξνπ γείηνλα κε K=3. Ο anonymizer ππνινγίδεη ηελ AS={U3,U4,U5}, παξάγεη ην SR (shaded rectangle) πνπ αληηζηνηρεί ζηελ AS, θαη ην πξνσζεί ζηελ LBS. Δπεηδή ε LBS απνθηά κφλν ηελ ASR θαη φρη ηελ ηνπνζεζία ηνπ query point, αλαθηά ηνπο θνληηλφηεξνπο γείηνλεο γηα θάζε ρξήζηεο πνπ βξίζθεηαη ASR. Δίλαη αξκνδηφηεηα ηνπ anonymizer λα θηιηξάξεη ην CS θαη λα πξνσζήζεη ηα πξαγκαηηθά απνηειέζκαηα ζηνλ U3. Η δηαδηθαζία αληηθαηάζηαζεο κηαο ζπγθεθξηκέλεο ηνπνζεζίαο κε κηα ASR νλνκάδεηαη ρσξηθή απφθξπςε (spatial cloaking). Έλαο αιγφξηζκνο απφθξπςεο είλαη αζθαιήο εάλ ηθαλνπνηεί ηελ spatial k-anonymity. ην δηθφ καο παξάδεηγκα έλαο επηηηζέκελνο δε ζα κπνξνχζε λα ζπκπεξάλεη ην ρξήζηε U3 σο ην εξσηψλ ζεκείν κε πηζαλφηεηα πνπ δε μεπεξλά ην 1/3. Η δεκηνπξγία κηαο ASR πνπ πεξηέρεη k ρξήζηεο δελ

47 αξθεί γηα ηε δηαζθάιηζε ηεο SKA. Θεσξήζηε έλαλ αιγφξηζκν, ηνλ νλνκάδνκαη ζηε ζπλέρεηα Center Cloak, ν νπνίνο δνζέληνο ελφο εξσηήκαηνο απφ ην ρξήζηε U, βξίζθεη ηνπο k-1 θνληηλφηεξνπο ρξήζηεο θαη ζέηεη σο ASR ην MBR πνπ ηνπο πεξηθιείεη. Γνζέληνο γηα παξάδεηγκα ελφο εξσηήκαηνο απφ ηνπο ρξήζηεο U3, U4, or U5, ν Center Cloak ζα παξήγαγε ηελ ASR ζηε παξαθάησ εηθφλα. Απφ ηελ άιιε πιεπξά, αλ ην εξψηεκα πξνεξρφηαλ απφ ην ρξήζηε U6, ε ASR είλαη ηα ζθηαζκέλν νξζνγψλην ζηελ δεμηά εηθφλα. Η δεχηεξε ΑSR παξαβηάδεη ηελ SKA επεηδή έλαο επηηηζέκελνο κπνξεί λα είλαη ζίγνπξνο φηη ην εξψηεκα πξνήιζε απφ ηνλ U6, θαζψο ε ίδηα ASR δε κπνξεί λα παξαρζεί απφ νπνηνλδήπνηε άιιν ρξήζηε. Δηθόλα 25: Παξαδείγκαηα ρσξηθήο απόθξπςεο Δηζάγεηαη ε έλλνηα ηεο ακνηβαηφηεηαο (σο επαξθήο ηδηφηεηα γηα ηελ δηαζθάιηζε ηεο (SKA), πνπ απαηηεί έλα ζχλνιν ρξεζηψλ λα νκαδνπνηνχληαη πάληα καδί γηα δνζκέλε παξάκεηξν k, ή ηζνδχλακα φινη νη ρξήζηεο πνπ αλήθνπλ ζε κηα AS λα βξίζθνληαη πάληα θαη ζε θνηλή ASR. Οξηζκόο 6.1: Έζησ έλαο ρξήζηεο U πνπ ζέηεη έλα εξώηεκα κε βαζκό αλσλπκίαο k, έλα αλώλπκν ζύλνιν (AS) θαη κηα αλώλπκε ρσξηθή πεξηνρή (ASR). To AS ηθαλνπνηεί ηελ ακνηβαηόηεηα αλ (i) πεξηέρεη ηνλ U θαη ηνπιάρηζηνλ k-1 επηπιένλ ρξήζηεο, θαη (ii) θάζε ρξήζηεο ζην AS επίζεο παξάγεη ην ίδην AS γηα ηελ δεδνκέλε ηηκή ηεο παξακέηξνπ k.

48 6.1 Σρεζηαθή k- Anonymity Η Relational Κ- anonymity έρεη ιάβεη ηδηαίηεξε πξνζνρή ιφγσ ηεο αλάγθεο ησλ δηαθφξσλ νξγαληζκψλ λα δεκνζηεχνπλ ζηνηρεία (πνπ ζπρλά απνθαινχληαη κηθξνδεδνκέλα) ρσξίο λα απνθαιχπηεηαη ε ηαπηφηεηα ησλ αηφκσλ πνπ αλαθέξνληαη απηά ηα δεδνκέλα. θεθηείηε ην ελδερφκελν ν δηαρεηξηζηήο κηαο θιηληθήο πνπ επηζπκεί λα αλαθνηλψζεη πιεξνθνξίεο ζρεηηθά κε ηνπο αζζελείο ηνπ γηα ηελ ηαηξηθή έξεπλα. Αθφκε θαη αλ έρνπλ αθαηξεζεί ηα αλαγλσξηζηηθά ραξαθηεξηζηηθά (π.ρ., φλνκα), έλαο εηζβνιέαο κπνξεί λα θαηαθέξεη λα πξνζδηνξίζεη ζπγθεθξηκέλνπο αζζελείο ρξεζηκνπνηψληαο ζπλδπαζκνχο άιισλ ηδηνηήησλ (π.ρ., ηαρπδξνκηθφο θψδηθαο, ην θχιν, εκεξνκελία γέλλεζεο), πνπ νλνκάδεηαη αλαγλσξηζηηθά (Quas-identifiers). Έλαο πίλαθαο είλαη K- αλψλπκνο αλ θάζε εγγξαθή ηαπηίδεηαη κε ηνπιάρηζηνλ Κ-1 άιιεο εγγξαθέο ζε ζρέζε κε ην ζχλνιν ησλ αλαγλσξηζηψλ [S01]. Δγγξαθέο κε παλνκνηφηππεο ηηκέο QI απνηεινχλ κηα αλψλπκε νκάδα. Η πην θνηλή κνξθή ηεο αλσλπκίαο είλαη ε γελίθεπζε, ε νπνία πεξηιακβάλεη ηελ αληηθαηάζηαζε ζπγθεθξηκέλσλ ηηκψλ παξακέηξσλ ησλ QI κε πην γεληθέο ηηκέο. Η γελίθεπζε κπνξεί λα εθαξκνζηεί ζε θαηεγνξεκαηηθέο θαη αξηζκεηηθέο ηδηφηεηεο. ηελ πξψηε πεξίπησζε, ππάξρεη κηα πξνθαζνξηζκέλε ηεξάξρεζε ησλ πηζαλψλ γεληθεχζεσλ (π.ρ., κηα πφιε Όλνκα αληηθαζίζηαηαη απφ ην θξάηνο πνπ αλήθεη ή ηε ρψξα). Γηα αξηζκεηηθά ραξαθηεξηζηηθά, ε χπαξμε κηαο ηεξαξρίαο δελ είλαη απαξαίηεηε, αιιά νη ηηκέο κπνξνχλ λα αληηθαηαζηαζνχλ απφ ηηκέο εχξνπο. Η παξαθάησ εηθφλα απεηθνλίδεη έλα παξάδεηγκα γηα κηα γελίθεπζε ελφο πίλαθα πνπ πεξηιακβάλεη δχν αξηζκεηηθά QI θαη έλα επαίζζεην ραξαθηεξηζηηθφ SA (πνπ ζα ζπδεηεζεί πξνζερψο). Δηθόλα 26: Γελίθεπζε θαη δπζδηάζηαηε αλαπαξάζηαζε ελόο πίλαθα

49 ε νξηζκέλεο πεξηπηψζεηο, ε ζρεζηαθή θ-αλσλπκνπνίεζε (RKA) δελ αξθεί γηα ηελ πξνζηαζία ηεο ηδησηηθήο δσήο ησλ κηθξνδεδνκέλσλ. Δπηζηξέθνληαο ζην παξάδεηγκα ηνπ παξαπάλσ ζρήκαηνο ππνζέηνπκε φηη απνζεθεχνληαη ηα δεδνκέλα ησλ αζζελψλ θαη ε επαίζζεηε πιεξνθνξία είλαη ε αζζέλεηα. ηελ ηδαληθή πεξίπησζε, δελ ζα πξέπεη λα είλαη δπλαηή ε ζχλδεζε κηαο αζζέλεηαο (π.ρ. v1) κε έλαλ εηδηθφ θάθειν (π.ρ., t1) κε πηζαλφηεηα πνπ ππεξβαίλεη ην 1 / 3. Απηφ ε πξνυπφζεζε ηζρχεη αλ V1 είλαη δηαθνξεηηθή απφ ηελ V2 θαη V3. Δάλ, σζηφζν, V1 είλαη ην ίδην κε έλα ή δχν V2 θαη V3, απηφ απμάλεη ηελ πηζαλφηεηα λα 2 / 3 ή 1 αληίζηνηρα. Γηα λα μεπεξαζηεί απηφ ην πξφβιεκα, έρνπλ πξνηαζεί δηάθνξεο ηερληθέο φπσο αιγφξηζκνη δεκηνπξγίαο ι- δηαθνξεηηθψλ πηλάθσλ ή ι- πνηθηιφηεηαο κε ηε ραξηνγξάθεζε ηνπ πνιπδηάζηαηνπ ρψξνπ ζε κία δηάζηαζε. Η κεηάζεζε είλαη κηα ελαιιαθηηθή γηα ηελ γελίθεπζε QI ψζηε λα επηηπγράλεηαη ην l- δηαθνξεηηθφηεηα αλαθαηεχνληαο ηπραία ηηο επαίζζεηεο ηηκέο κεηαμχ ησλ εγγξαθψλ ζε θάζε αλψλπκε νκάδα. Με ηελ απνθπγή ηεο γελίθεπζεο, ε κέζνδνη κεηάζεζεο έρνπλ ηε δπλαηφηεηα κείσζεο ηεο απψιεηαο πιεξνθνξίαο. Ωζηφζν, ην κεηνλέθηεκα είλαη φηη νη ηηκέο QI απνθαιχπηνληαη κε ηελ αθξηβή κνξθή, γεγνλφο πνπ θαζηζηά ηα δεδνκέλα επάισηα ζε επηζέζεηο ζχλδεζε (δειαδή, έλαο αληίπαινο κπνξεί λα επηβεβαηψζεη ηελ παξνπζία ελφο αηφκνπ ζηα κηθξνδεδνκέλα). Δπηπιένλ, ε κεηάζεζε κε βάζε ηηο κεζφδνπο δελ ππνινγίδνπλ ηα QI θαηά ηε δεκηνπξγία ησλ νκάδσλ, γεγνλφο πνπ κπνξεί λα νδεγήζεη ζε κεγαιχηεξε απψιεηα πιεξνθνξίαο ζπγθξηηηθά. 6.2 Φσξηθή k- Anonymity Όηαλ αλαθεξφκαζηε ζηελ ρσξηθή k- Anonymity πξέπεη λα έρνπκε ζην λνπ καο ην πιαίζην εξγαζίαο πνπ παξνπζηάδεηαη ζηελ εηθφλα 24. Ο anonymizer δηαηεξεί ηηο ζέζεηο ησλ πειαηψλ ρξεζηκνπνηψληαο κηα ππξακηδηθή δνκή δεδνκέλσλ, παξφκνηα κε ελφο Quad-δέληξν, φπνπ ην ειάρηζην κέγεζνο θπηηάξσλ αληηζηνηρεί ζηελ απφθαζε αλσλπκίαο. Μφιηο ν anonymizer ιάβεη έλα εξψηεκα απφ ηνλ ρξήζηε U, ρξεζηκνπνηεί έλα hash πίλαθα γηα ην αλαγλσξηζηηθφ ρξήζηε πνπ δείρλεη ζην ρακειφηεξν επίπεδν θπηηάξνπ c φπνπ ν U βξίζθεηαη. Αλ ην θειί c ( ν ρψξνο πνπ επηζηξέθεηαη δειαδή) πεξηέρεη αξθεηνχο ρξήζηεο (δειαδή, γ K) γηα ηηο απαηηήζεηο ηεο αλσλπκίαο, απνηειεί ην ASR. ε αληίζεηε πεξίπησζε ( γ <K), αλαθηψληαη νη νξηδφληηνη θαη θάζεηνη γείηνλεο. Αλ c>=ch K or c>=cv K( Ch είλαη νη νξηδφληηνη γείηνλεο θαη Cv είλαη νη θάζεηνη γείηνλεο), ε αληίζηνηρε έλσζε ησλ θπηηάξσλ γίλεηαη ε ASR. Αλ θαη νη δχν ελψζεηο πεξηέρνπλ ηνπιάρηζηνλ Κ ρξήζηεο, ε ASR είλαη απηή κε ηελ ειάρηζηε πιεζηθφηεηα. Απφ ηελ άιιε

50 πιεπξά, αλ cuch < K θαη cucv < K γ <K ν anonymizer αλαθηά ηε κεηξηθή ηνπ c θαη επαλαιακβάλεη ηε δηαδηθαζία απηή αλαδξνκηθά. Υξεζηκνπνηνχκε ηελ παξαθάησ εηθφλα γηα λα εμεγήζνπκε cloaking παξαδείγκαηα βάζε Casper. Σα θειηά(νξζνγψληα) θαζνξίδνληαη απφ ηηο ζπληεηαγκέλεο ηνπ θάησ αξηζηεξά θαη πάλσ δεμηά ζεκείσλ. Αο ππνζέζνπκε έλα εξψηεκα q κε Κ = 2. Αλ ην εξψηεκα ηέζεθε απφ ηνλ U1είηε απφ ηνλ U2 ε ASR είλαη ην θειί (0,2), (1,3). Αλ q ηέζεθε απφ U3 ή U4, ε ASR είλαη ε έλσζε ησλ νξζνγσλίσλ (1,3), (2,4) (1,2), (2,3) Σέινο, εάλ q ηέζεθε απφ ηνλ U5, ε ASR είλαη ην ζχλνιν ηνπ ρψξνπ ησλ δεδνκέλσλ. Η ηερληθή Γηάζηεκα Μαλδχα [GG03] είλαη παξφκνηα κε Casper φζνλ αθνξά ηφζν ζηε δνκή ησλ δεδνκέλσλ πνπ ρξεζηκνπνηνχληαη απφ ην anonymizer (α Quad-tree), θαζψο θαη ζηνλ αιγφξηζκν απφθξπςεο. Η θχξηα δηαθνξά είλαη φηη Γηάζηεκα Μαλδχα δελ ζεσξεί γεηηνληθά θειηά ζην ίδην επίπεδν θαηά ηνλ θαζνξηζκφ ηνπ ASR, αιιά αλεβαίλεη θαηεπζείαλ ζην πην πάλσ επίπεδν. Γηα παξάδεηγκα, έλα εξψηεκα κε K= 2 πνπ ηέζεθε απφ U3 ή U4 ζα δεκηνπξγήζεη ην ASR (0,2), (2,4) (αληί ηνπ(1,2), (2,4) γηα Casper). Όπσο έρνπκε απνδείμεη επηζήκσο ζην πξνζάξηεκα, ν Casper θαη Γηάζηεκα Μαλδχα είλαη αζθαιείο κφλν γηα ηελ νκνηφκνξθα δεδνκέλα, αθνχ θαλέλαο αιγφξηζκνο δελ είλαη ακνηβαίνο. ηελ εηθφλα 2.2, παξ φηη απφ U1 έσο U4 είλαη ζην 2-ASR ηνπ U5, ν U5 δελ είλαη ζην 2-ASR νπνηνπδήπνηε ησλ ρξεζηψλ απηψλ. Ωο εθ ηνχηνπ, έλαο εηζβνιέαο πνπ αληρλεχεη έλα ASR πνπ θαιχπηεη φιν ην ρψξν κπνξεί λα ζπκπεξάλεη κε κεγάιε πηζαλφηεηα φηη πξνέξρεηαη απφ U5. Δηθόλα 27: Απόθξπςε κε ηνλ Casper χκθσλα κε φζα γλσξίδνπκε, ε κφλε αζθαιήο απνδεδεηγκέλα ρσξηθή ηερληθή cloaking είλαη ν Υίικπεξη Μαλδχα, ν νπνίνο έρεη επίζεο εθαξκνζηεί ζε Peer-to-Peer ζχζηεκα. Η ηερληθή Hilbert Μαλδχα ρξεζηκνπνηεί ηελ θακπχιε πιήξσζεο ρψξνπ Hilbert

51 γηα λα ραξηνγξαθήζεη ηελ δπζδηάζηαην ρψξν ζε κηα κνλνδηάζηαηε αθνινπζία ηηκψλ. Απηέο νη ηηκέο, ζηε ζπλέρεηα, δεηθηνδνηνχληαη ζε έλα B +-δέλδξν, ην νπνίν ππνζηεξίδεη απνηειεζκαηηθά ηελ έξεπλα κε βάζε ηελ αμία ή απφ ηελ ηάμε (δειαδή, ζέζε ζηελ ηαμηλνκεκέλε κνλνδηάζηαηε ιίζηα). Ο αιγφξηζκνο θαηαθεξκαηίδεη ηελ αθνινπζία ζε νκάδεο ησλ Κ ρξεζηψλ (ε ηειεπηαία νκάδα κπνξεί λα έρεη κέρξη 2K-1 ρξήζηεο). Γηα κηα επεξψηεζε ρξήζηε U ν αιγφξηζκνο βξίζθεη ηελ νκάδα U φπνπ αλήθεη, θαη επηζηξέθεη ην MBR ηεο νκάδαο, φπσο ην ASR. Σν ίδην ASR επηζηξέθεηαη γηα θάζε ρξήζηε ζε κηα ζπγθεθξηκέλε νκάδα. Ωο εθ ηνχηνπ ν αιγφξηζκνο είλαη ακνηβαίνο. Δλψ ζε φια ηα παξαπάλσ ζπζηήκαηα ν κεραληζκφο cloaking είλαη αλεμάξηεηνο απφ ηνλ ηχπν ηνπ εξσηήκαηνο, ε επεμεξγαζία ζην LBS εμαξηάηαη απφ ην εξψηεκα. Δξσηήκαηα εχξνπο είλαη απιά: ππνζέηνπκε φηη U ζέιεη λα αλαθηήζεη ηα αληηθείκελα δεδνκέλσλ ζε απφζηαζε δ απφ ηελ ηξέρνπζα ζέζε ηνπ. Αληί γηα ηε ζέζε ηνπ U, ην LBS ιακβάλεη κηα ASR θαη δ. Γηα λα ππνινγίζεη ηα ππνςήθηα αληηθείκελα, δηεπξχλεη ην ASR απφ d ζε φιεο ηηο δηαζηάζεηο θαη ςάρλεη γηα φια ηα αληηθείκελα ζηελ εθηεηακέλε ASR. Απφ ηελ άιιε πιεπξά, γηα NN εξσηήκαηα ηα απνηειέζκαηα κπνξνχλ λα αλαθηεζνχλ ρξεζηκνπνηψληαο εξψηεκα εχξνπο πιεζηέζηεξνπ γείηνλα, δειαδή λα βξίζθεη ην ΝΝ απφ νπνηνδήπνηε ζεκείν κέζα ζηελ πεξηνρή. Ο Casper θαη ν Hilbert Μαλδχαο πεξηιακβάλεη εμεηδηθεπκέλεο ηερληθέο επεμεξγαζίαο. Τπνζέηνπκε φηη ην LBS πινπνηεί απηά ηα εξψηεκα κεραληζκψλ επεμεξγαζίαο, θαη επηθεληξψλεηαη ζην cloaking.

52 6.3 Σύγθξηζε κεηαμύ ζρεζηαθήο θαη ρσξηθήο k- Anonymity Η ζρεζηαθή θαη ε ρσξηθή k-anonymity έρνπλ κεξηθέο ζεκαληηθέο νκνηφηεηεο φπσο θαη δηαθνξέο. Όζνλ αθνξά ηηο νκνηφηεηεο, νη εγγξαθέο ησλ κηθξνδεδνκέλσλ ζπρλά ζεσξνχληαη σο ζεκεία ζε έλαλ πνιπδηάζηαην ρψξν, φπνπ θάζε ραξαθηεξηζηηθφ αλαγλσξηζηηθφ ιακβάλεηαη ππ φςηλ σο κηα δηάζηαζε. Η γελίθεπζε, φπσο θαη ε ρσξηθή απφθξπςε, αληηθαζηζηά έλα ζεκείν κε έλα πνιπδηάζηαην εχξνο ηηκψλ (γηα παξάδεηγκα κε κηα ASR). ηελ πξαγκαηηθφηεηα, θάπνηνη αιγφξηζκνη γελίθεπζεο παξαθηλήζεθαλ απφ ρσξηθνχο δείθηεο ή ηερληθέο νκαδνπνίεζεο. Δπηπξφζζεηα ν βαζκφο δηαξξνήο πιεξνθνξίαο είλαη αλάινγνο ηεο ζπλζήθεο απψιεηαο πνπ ζηνρεχεη ζηελ ειαρηζηνπνίεζε ηεο ASR. Όζνλ αθνξά ηηο δηαθνξέο κεηαμχ RKA θαη SKA, ε RKA πεξηιακβάλεη ζηαηηθά δεδνκέλα θαη κία κνλαδηθή ηηκή ηεο k, ελψ ζηε SKA αλαθεξφκαζηε ζε θηλεηνχο ρξήζηεο θαη κεηαβιεηέο ηηκέο ηεο k. Οη κέζνδνη πνπ ρξεζηκνπνηνχληαη γηα ηε δηαζθάιηζε ηεο RKA ππνινγίδνπλ εθ ησ πξνηέξσλ θαηάιιειεο δηακεξίζεηο νκάδσλ πιήζνπο k. Κάζε εγγξαθή ηνπ πίλαθα αληηζηνηρεί απνθιεηζηηθά ζε κηα δηακέξηζε, γηα απηφ ην ιφγν θαη ε ακνηβαηφηεηα δηαζθαιίδεηαη εμ νξηζκνχ. Ωζηφζν νη κέζνδνη ηεο RKA δελ είλαη θαηάιιεινη γηα ηελ SKA, εμαηηίαο ιφγσλ απφδνζεο. πγθεθξηκέλα θάζε κέζνδνο RKA έρεη ππνινγηζηηθή πνιππινθφηεηα ηνπιάρηζηνλ γξακκηθή κε ην πιήζνο ησλ ρξεζηψλ. ε αληίζεζε ε SKA πξαγκαηνπνηεί δπλακηθή αλσλπκνπνίεζε, πεξηιακβάλνληαο κφλν έλα κηθξφ ππνζχλνιν δεδνκέλσλ πνπ αθνξνχλ ηνπο γεηηνληθνχο ρξήζηεο ηνπ εξσηψληνο ζεκείνπ. Δπίζεο, δεδνκέλνπ πσο ε SKA αξρηθνπνηείηαη απφ ηνλ εξσηψλ ρξήζηε, ε ζπκπίεζε δεδνκέλσλ πνπ ζπρλά ρξεζηκνπνηείηαη ζηελ RKA γηα λα αθαηξεζνχλ εγγξαθέο πνπ δελ είλαη δπλαηφλ λα γεληθεπζνχλ απνδνηηθά, ζα πξέπεη λα απνθεπρζεί ζηε SKA επεηδή πηζαλψο λα νδεγήζεη ζε κε απνηειεζκαηηθή ηθαλνπνίεζε ηνπ εξσηήκαηνο ηνπ ρξήζηε. Σέινο αληίζεηα κε ηελ RKA, ζηελ SKA δελ ππάξρεη θφβνο γηα απψιεηα πιεξνθνξίαο, κία κηθξή ASR ζίγνπξα είλαη σθέιηκε φζνλ αθνξά ην θφζηνο επεμεξγαζίαο, αιιά ν ρξήζηεο ηειηθά ζα απνθηήζεη ηα ζσζηά απνηειέζκαηα αθνχ έρνπλ θηιηξαξηζηεί θαηάιιεια απφ ηνλ anonymizer αλεμάξηεηα απφ ην κέγεζνο ηεο ASR.

53 6.4 Ακνηβαίν πιαίζην εξγαζίαο Θεσξνχκε ηελ αξρηηεθηνληθή ηεο εηθφλαο 24, φπνπ ν anonymizer δέρεηαη εξσηήκαηα απφ γεσγξαθηθά θαηαλεκεκέλνπο ρξήζηεο, αθαηξεί ηηο Id ησλ ρξεζηψλ, απνθξχπηεη ηηο ηνπνζεζίεο ηνπο, θαη πξνσζεί ην απνηέιεζκα ηεο ASR ζηελ LBS. Κάζε εξψηεκα έρεη κηα κεηαβιεηή ηηκή ηεο παξακέηξνπ αλσλπκίαο k, ε νπνία θπκαίλεηαη απφ 1 (δελ ππάξρεη θακία απαίηεζε πξνζηαζίαο ηεο ηδησηηθήο δσήο) έσο ην πιήζνο ησλ ρξεζηψλ (κέγηζηε απαίηεζε πξνζηαζίαο ηεο ηδησηηθήο δσήο). Η ηηκή ηεο k δελ ππφθεηηαη ζε επηζέζεηο αθνχ κεηαθέξεηαη απφ ηνλ πειάηε ζηνλ anonymizer κέζσ αζθαινχο θαλαιηνχ. Σα εξσηήκαηα ζρεηίδνληαη κε ηε ζέζε ηνπ ρξήζηε (π.ρ., έλαο ρξήζηεο αλαδεηά ην πιεζηέζηεξν εζηηαηφξην, ή φια ηα εζηηαηφξηα κε ζε κηα πεξηνρή), αιιά ν ηχπνο ηνπ εξσηήκαηνο (δειαδή, αλ ζα είλαη εχξεζεο θνληηλφηεξνπ γείηνλα ή εχξνπο) δελ έρεη ζεκαζία γηα ηε ρσξηθή απφθξπςε. Τπνζέηνπκε έλαο εηζβνιέαο φηη (i) ππνθιέπηεη ηελ ASR, (ii) γλσξίδεη ηνn cloaking αιγφξηζκν πνπ ρξεζηκνπνηείηαη απφ ηoλ anonymizer (iii) κπνξεί λα απνθηήζεη ηελ ηξέρνπζα ζέζε φισλ ησλ ρξεζηψλ. Η πξψηε ππφζεζε ππνλνεί φηη είηε ε LBS δελ είλαη αμηφπηζηε, ή ην θαλάιη επηθνηλσλίαο κεηαμχ ηνπ anonymizer θαη ηεο LBS δελ είλαη αζθαιήο. Η δεχηεξε παξαδνρή ιακβάλεη ππ φςηλ ην γεγνλφο φηη νη ηερληθέο αζθάιεηαο ησλ δεδνκέλσλ είλαη ζπλήζσο γλσζηέο ζην θνηλφ. Η ηξίηε ππφζεζε αθνξά ζην γεγνλφο φηη νη ρξήζηεο κπνξνχλ λα εθδίδνπλ ζπρλά εξσηήκαηα απφ ηηο ίδηεο ζέζεηο (ζπίηη, γξαθείν), ηα νπνία ζα κπνξνχζαλ λα εληνπηζηνχλ κέζσ θπζηθήο παξαηήξεζεο, ηξηγσλνπνίεζεο, ηειεθσληθνχο θαηαιφγνπο. ηε ρεηξφηεξε πεξίπησζε, ν εηζβνιέαο κπνξεί λα είλαη ζε ζέζε λα κάζεη ηηο ζέζεηο φισλ ησλ ρξεζηψλ ηνπ AS ηνπ εξσηήκαηνο. Γεδνκέλνπ φηη είλαη δχζθνιν λα κνληεινπνηήζνπκε ηελ αθξηβή γλψζε ηνπ εηζβνιέα, ε ηξίηε πξνυπφζεζε είλαη απαξαίηεηε πξνθεηκέλνπ λα απνδείμεη ζεσξεηηθά φηη ε κέζνδνο αλσλπκνπνίεζεο είλαη αζθαιή θαη ζην πην απαηζηφδνμν ζελάξην. Απφ ηελ άιιε πιεπξά, επεηδή πξαθηηθά ν εηζβνιέαο δελ δηαζέηεη ηηο ηνπνζεζίεο φισλ ησλ ρξεζηψλ, είλαη ζεκαληηθφ ε κέζνδνο αλσλπκνπνίεζεο λα κελ απνθαιχπηεη ηε ζέζε ηνπ θάζε ρξήζηε, γηα λα απνθχγνπκε λα δψζνπκε πξφζζεηε πιεξνθνξία. Ο anonymizer δεηθηνδνηεί ηηο ηνπνζεζίεο ησλ ρξεζηψλ ζε έλα ηεξαξρηθφ ρσξηθφ δείθηε (π.ρ., R *- δέληξν). Έζησ ν U ν ρξήζηεο πνπ ζέηεη έλα εξψηεκα. Πξνηείλεηαη έλαο γεληθφο ρσξνηαμηθφο αιγφξηζκνο απφθξπςεο, πνπ νλνκάδεηαη

54 ακνηβαίνο, ν νπνίνο δηαζρίδεη ην δέληξν θαη δεκηνπξγεί έλα ακνηβαίν AS πνπ πεξηέρεη ηνλ U θαη ηνπιάρηζηνλ k-1 ρξήζηεο ζηελ γχξσ πεξηνρή. Η πξνθχπηνπζα ASR είλαη ε πεξηνρή πνπ πεξηθιείεη φια ηα ζηνηρεία ηνπ AS. ηελ παξαθάησ εηθφλα απεηθνλίδεηαη ν ςεπδνθψδηθαο ηνπ αιγνξίζκνπ. Δηθόλα 28: Reciprocal Cloaking Έζησ N ν θφκβνο θχιιν πνπ πεξηέρεη ηνλ U. Ο αιγφξηζκνο δηαζρίδεη ην δέληξν (bottom-up δηάζρηζε) μεθηλψληαο απφ ην Β. Αθφκε θαη αλ ν N πεξηέρεη αξθεηά ζεκεία πνπ ηθαλνπνηνχλ ηηο απαηηήζεηο αλσλπκίαο, πξέπεη λα πξαγκαηνπνηεζεί ε δηάζρηζε ηνπ δέληξνπ θάησ πξνο ηα πάλσ, γηαηί κπνξεί λα ππάξρεη έλαο θφκβνο Ν ζην ίδην επίπεδν ηέηνηνο ψζηε 0 < N ' <Κ επεηδή ν N' κπνξεί λα πεξηέρεη έλα ρξήζηε U, ηνπ νπνίνπ ε AS πεξηιακβάλεη ηνλ U. Έζησ AN είλαη ν πξφγνλνο ηνπ Ν, φηαλ ζηακαηά ε δηάζρηζε απφ θάησ πξνο ηα πάλσ. Κάζε θφκβνο ζην επίπεδν ηνπ ΑΝ είλαη είηε θελφο (κε ηζνξξνπεκέλε δέληξα, φπσο ην Quad-δέληξν κπνξεί λα έρεη θελνχο θφκβνπο ζε θάζε επίπεδν), είηε πεξηέρεη ηνπιάρηζηνλ ρξήζηεο k ρξήζηεο ζην ππν-δέληξν ηνπ. Απηφ ζεκαίλεη φηη ε AS κπνξεί λα θαζνξηζηεί ηνπηθά, δηφηη φια ηα άιια εξσηήκαηα (πνπ πξνέξρνληαη απφ ρξήζηεο άιινπο εθηφο ηνπ ΑΝ) δελ είλαη απαξαίηεην λα πεξηιακβάλνπλ ρξήζηεο ηνπ ΑΝ ζηελ AS ηνπο. Αθνχ δηαπηζηψζεθε φηη ν ΑΝ κπνξεί λα δεκηνπξγήζεη απηφλνκα Κ-ASR, ν αιγφξηζκνο δηαζρίδεη απφ πάλσ πξνο ηα θάησ πξνο ηελ θαηεχζπλζε ηνπ U εθφζνλ θάζε ππν-δέληξν έρεη ηνπιάρηζηνλ Κ ζεκεία. Έζησ PN είλαη ν θφκβνο ζηνλ ΑΝ, φπνπ ηεξκαηίδεηαη ε δηάζρηζε. Ο PN πεξηιακβάλεη ηνλ U ζην ππν-δέληξν ηνπ θαη νξηζκέλνη απφ ηνπο θφκβνπο παηδηά ηνπ έρνπλ ιηγφηεξα απφ Κ ζεκεία. Ο PN ιέγεηαη ν θφκβνο δηακέξηζεο, θαη αληηζηνηρεί ζηνλ ρακειφηεξν πξφγνλν ηνπ U, φπνπ κπνξνχκε λα επηηχρνπκε ακνηβαηφηεηα. Απηφ ζπκβαίλεη επεηδή φινη νη θφκβνη ηνπ ππν-δέληξνπ ηεο ΝΑ

55 θαη πάλσ, πεξηιακβάλνπλ ηνπιάρηζηνλ k ζεκεία, θαη ζπλεπψο κπνξνχλ λα δεκηνπξγήζνπλ ASRs ρσξίο ηε ρξήζε νπνηνπδήπνηε ζεκεία ηνπ PN. Ο PN κπνξεί λα πεξηέρεη πνιχ πεξηζζφηεξα ζεκεία (>> k), ηα νπνία είλαη πηζαλφ λα πξνθαινχλ πνιχ κεγάιεο ASR. Η δηακέξηζε θαηαξγεί ην πξφβιεκα απηφ κε ηελ νκαδνπνίεζε ησλ ζεκείσλ απηψλ ζε αζπλερείο θάδνπο. Οη ρξήζηεο πνπ βξίζθνληαη ζηνλ ίδην θάδν bu κε ηνλ εξσηψλ ρξήζηε U ζρεκαηίδνπλ ηελ AS γηα ην εξψηεκα. Γηάθνξεο κέζνδνη δηακέξηζεο κπνξνχλ λα ρξεζηκνπνηεζνχλ ππφ ηηο παξαθάησ πξνυπνζέζεηο: (i) θάζε θάδνο πεξηέρεη ηνπιάρηζηνλ k θαη δελ ππεξβαίλεη ηα 2k-1 ζεκεία. Σν θαηψηεξν φξην νθείιεηαη ζηελ απαίηεζε αλσλπκίαο φπσο θαζνξίδεηαη απφ ηελ ηηκή ηεο παξακέηξνπ k. Σν άλσ φξην νθείιεηαη ζην γεγνλφο φηη, αλ ην πιήζνο ησλ ζεκείσλ ηνπ θάδνπ ππεξβαίλεη ηα 2k-1 ζεκεία, ηφηε είλαη δπλαηή ε εθ λένπ δηακέξηζε ζε δχν κηθξφηεξνπο θάδνπο φπνπ ν θαζέλαο πεξηέρεη ηνπιάρηζηνλ k ρξήζηεο. (ii) ε δηακέξηζε είλαη αλεμάξηεηε απφ ην εξσηψλ ζεκείν. Κάζε ρξήζηεο ηνπ θφκβνπ ζα πξνθαιεί ηελ ίδηα δηακέξηζε γηα ην ίδην k. Απηή ε ηδηφηεηα είλαη πνπ εμαζθαιίδεη ηελ ακνηβαηφηεηα. Αθνχ πξνζδηνξηζηεί ε AS, ζρεκαηίδεηαη ε ASR σο ην ειάρηζην νξζνγψλην νξηνζέηεζεο (MBR) πνπ θαιχπηεη ηελ AS. εκεηψζηε φηη ην MBR κπνξεί λα πεξηθιείεη κεξηθνχο επηπξφζζεηνπο ρξήζηεο πνπ δελ είλαη ζηελ AS. 6.5 Παξάδεηγκα απόθξπςεο κε Quad- tree ηελ εηθφλα παξαθάησ απεηθνλίδεηαη έλα παξάδεηγκα φπνπ έμη πειάηεο έρνπλ δεηθηνδνηεζεί κε έλα ηεηξαδηθφ δέληξν (ην πξψην επίπεδν αληηζηνηρεί ζηα θχιια). Αο ππνζέζνπκε φηη έλα εξψηεκα κε K = 2 ηίζεηαη απφ ηνλ ρξήζηε U1. Αθνχ ην θειί <(0,2), (1,3)> ηνπ U1 πεξηέρεη ήδε 2 πειάηεο, ε ηερληθή Casper (θαη ε ηερληθή Interval cloak) ζα ηε ρξεζηκνπνηήζεη απεπζείαο σο ηελ ASR. Απηφ παξαβηάδεη ηελ ακνηβαηφηεηα, θαζψο ππάξρνπλ ηέζζεξα πξψηνπ επηπέδνπ θειηά πνπ πεξηέρνπλ έλα κφλν ζεκείν. Γηα παξάδεηγκα, έλα εξψηεκα κε ην Κ = 2 απφ νπνηνδήπνηε απφ απηά ηα θειηά ζα κπνξνχζε λα πεξηιακβάλνπλ ην ζεκείνu1 ζην AS ηνπ. Αληίζεηα, ε ηερληθή Quad- tree Cloak αλεβαίλεη ζην δεχηεξν επίπεδν, φπνπ ππάξρνπλ κε θελά θειηά (π.ρ. <(0,0), (2,2)>) κε ιηγφηεξνπο απφ Κ ρξήζηεο. Σέινο, θηάλεη ζηε ξίδα θαη νξίδεη AN = PN = <(0,0), (4,)>. Ο ίδηνο θφκβνο παξακέλεη ν θφκβνο δηακέξηζεο γηα φινπο ηνπο ρξήζηεο πνπ ζέηνπλ έλα πηζαλφ εξψηεκα κε k = 2. ην παξαπάλσ εξψηεκα, ν θφκβνο δηακέξηζεο PN πεξηέρεη έμη

56 ζεκεία, αλ θαη κφλν δχν είλαη απαξαίηεηα γηα ηε δηαζθάιηζε ηεο αλσλπκίαο. Έηζη πξαγκαηνπνηείηαη δηακέξηζε πνπ θαηαιήγεη ζε νκάδεο απηψλ ησλ ζεκείσλ ζε θάδνπο ησλ 2 ή 3 (δειαδή απφ ο 2K-1), θαη πεξηιακβάλεη ζην AS ηνπο ρξήζηεο απφ ην ίδην BU θάδν κε ηνλ ρξήζηε U1. Τπνζέηνληαο φηη AS = {U1, U2, U6}, ην ASR είλαη ην ζθηαζκέλν MBR ζηελ εηθφλα (Fig. 3.2α.) Δηθόλα 29: Partitioning ζε επίπεδν ξίδαο ηελ εηθφλα 30 έρνπκε έλα δεχηεξν παξάδεηγκα, πνπ πεξηιακβάλεη επίζεο κία δηάζρηζε απφ πάλσ πξνο ηα θάησ. Γνζέληνο ελφο εξσηήκαηνο κε k = 2 απφ ην ρξήζηε U1, ε δηάζρηζε ζηακαηά ζην δεχηεξν επίπεδν ΑΝ = <(0,2), (2,4)> γηαηί φια ηα κε θελά θειηά ζε απηφ ην επίπεδν έρνπλ ηνπιάρηζηνλ δχν ζεκεία. Δπηπιένλ, ηα δχν κε θελά παηδηά ηνπ ΝΑ, <(0,2), (1,3)> θαη <(1,3), (2,4)>, επίζεο, πεξηιακβάλνπλ 2 ζεκεία ην θαζέλα. Ωο εθ ηνχηνπ, ε ηερληθή QC (Quad- tree Cloak), θαηεβαίλεη ζην πξψην επίπεδν θαη ζέηεη ηνλ θφκβν δηακέξηζεο PN = (0,2), (1,3). Γεδνκέλνπ φηη απηφ ην θειί πεξηέρεη κφλν ηνπο ρξήζηεο U1 θαη U2, ν δηαρσξηζκφο επηζηξέθεη απεπζείαο ην MBR απηψλ ησλ ρξεζηψλ, ρσξίο λα πξαγκαηνπνηήζεη πξψηα νκαδνπνίεζε. ε γεληθέο γξακκέο, εάλ PN <2K, ηφηε ππάξρεη έλα κφλν ζχλνιν πνπ πεξηέρεη φια ηα ζεκεία ηνπ PN.

57 Δηθόλα 30: Partitioning ζε επίπεδν θύιινπ 6.6 Greedy Hilbert Partitioning Έζησ LN είλαη ν αξηζηεξφο θφκβνο πνπ πεξηέρεη ην εξσηψλ ζεκείν. Ο GH ηαμηλνκεί ηα ζεκεία ηνπ LN, ζχκθσλα κε ηελ Hilbert αμία ηνπο. Η θακπχιε Hilbert κεηαηξέπεη ηηο πνιπδηάζηαηεο ζπληεηαγκέλεο θάζε U ρξήζηε ζε κηα κνλνδηάζηαηε ηηκή H (U). ηελ παξαθάησ εηθφλα απεηθνλίδεηαη ε θακπχιε Hilbert γηα έλα δπζδηάζηαην ρψξν ρξεζηκνπνηψληαο έλα ρψξν δηακέξηζεο 8x8. Έλα U ζεκείν αληηζηνηρίδεηαη ζε κία ηηκή Η(U) ηνπ θειηνχ πνπ θαιχπηεη. Δάλ δχν ρξήζηεο είλαη θνληά κεηαμχ ηνπο ζην δπζδηάζηαην ρψξν, είλαη πηζαλφ λα είλαη θνληά θαη ζην κνλνδηάζηαην κεηαζρεκαηηζκφ πνπ πξαγκαηνπνηείηαη. Λακβάλνληαο ππφςε έλα εξψηεκα κε απαηηνχκελν βαζκφ αλσλπκίαο k, ν GH αληηζηνηρεί ηα πξψηα ζεκεία k (κε ηε ζεηξά Hilbert) ζηελ πξψηε νκάδα, ηα επφκελα k ζεκεία ζηh δεχηεξε νκάδα θαη νχησ θαζεμήο. Καηά ζπλέπεηα, θάζε νκάδα πεξηέρεη αθξηβψο k ρξήζηεο, εθηφο απφ ηε ηειεπηαία πνπ κπνξεί λα πεξηιακβάλεη κέρξη 2k-1 ρξήζηεο. Έζησ r (U) είλαη ε ζέζε ζηελ Hilbert ζεηξάο πνπ δεκηνπξγείηαη (1 r (U) LN ). Η νκάδα bu ηνπ U πεξηέρεη φινπο ηνπο πειάηεο ησλ νπνίσλ νη ζέζεηο είλαη ζην δηάζηεκα [s, e], φπνπ s = ru- (ru-1) mod K θαη e =s + K-1 (εθηφο αλ ε bu είλαη ε ηειεπηαία νκάδα). ηελ παξαθάησ εηθφλα εθαξκφδεηαη ν GH ζε έλαλ θφκβν-θχιιν πνπ πεξηέρεη 10 ρξήζηεο, ησλ νπνίσλ νη ηαπηφηεηεο ηαμηλνκνχληαη αλάινγα κε ηελ ηηκή Hilbert πνπ ηνπο αληηζηνηρεί. Θεσξείζηε έλα εξψηεκα απφ ηνλ ρξήζηε U7 κε k = 5. Η ζέζε ηνπ U7 είλαη r (U7) = 7. Ο θάδνο πεξηέρεη ην U7 αξρίδεη ζην s = 7-6 mod 5 = 6 θαη ηειεηψλεη ζην e = 10, δειαδή, πεξηέρεη φινπο ηνπο ρξήζηεο απφ U6 έσο U10. Η ASR ηεο ζπγθεθξηκέλεο νκάδαο είλαη ην MBR (γξακκνζθηαζκέλν νξζνγψλην ζηελ επάλσ δεμηά γσλία) πνπ θαιχπηνπλ ηα αληίζηνηρα ζεκεία. Κάζε εξψηεκα κε k = 5 πνπ πξνέξρεηαη

58 απφ απηνχο ηνπο ρξήζηεο ζα επηθέξεη θνηλά BU, AS θαη ASR, σο εθ ηνχηνπ, ηελ εμαζθάιηζε ηεο ακνηβαηφηεηαο. Ο GH θαηαζθεπάδεη δπλακηθά ηελ bu, θαζψο νη ππφινηπεο νκάδεο (θάδνη) είλαη άζρεηεο κε ην εξψηεκα. ηελ εηθφλα επίζεο απεηθνλίδεηαη κία αθφκα ASR (γξακκνζθηαζκέλν νξζνγψλην ζηελ θάησ αξηζηεξή γσλία) γηα έλα εξψηεκα κε k= 3 απφ έλα απφ ηα U1 έσο U3. Δηθόλα 31: Κακπύιε Hilbert γηα δπζδηάζηαην ρώξν ε πεξίπησζε πνπ ε δηακέξηζε ιακβάλεη ρψξα πάλσ απφ ην επίπεδν ηνπ θχιινπ, GH ζα κπνξνχζε λα θνξηψζεη απιά φιν ην ππν-δέληξν ηνπ θφκβνπ PN θαη λα ππνινγίζεη ηελ bu (θαη ASR ηνπ) σο παξαπάλσ, φπσο γίλεηαη κε ηελ ηερληθή ηνπ Hilbert Μαλδχα. Ωζηφζν, ε δηαδηθαζία απηή δελ είλαη αλαγθαία, δεδνκέλνπ φηη ρξεηαδφκαζηε κφλν ηελ bu (θαη φρη ηηο ππφινηπεο νκάδεο ζε απηφ ην επίπεδν). ηελ παξαθάησ εηθφλα θαίλεηαη έλα παξάδεηγκα, φπνπ ν εξσηψλ ρξήζηεο U βξίζθεηαη ζην θφκβν- θχιιν LN4. Σα θχιια είλαη αξηζκεκέλα ζχκθσλα κε ηελ Υίικπεξη θαηάηαμε ηνπο ζηνλ θφκβν- γνλέα PN. Γειαδή, ζε θάζε θφκβν αληηζηνηρίδεηαη κηα ηηκή Hilbert ηνπ θειηνχ πνπ θαιχπηεη ην θέληξν ηνπ, ζην ρψξν ησλ δεδνκέλσλ πνπ νξίδνληαη απφ ην MBR ηνπ PN. Η πιεζηθφηεηα θάζε θφκβνπ- θχιινπ εκθαλίδεηαη ζηελ αληίζηνηρε είζνδν ηνπ PN. Αλ k = 30, ε bu νκάδα πεξηιακβάλεη 5 ρξήζηεο απφ ηνλ LN3, 10 ρξήζηεο απφ ηνλ LN4 θαη 15 ρξήζηεο απφ ηνλ LN5. Οη θφκβνη πνπ πξέπεη λα εηζρσξήζνπκε είλαη νη LN4, PN, θαη LN3. Μέζα ζηνλ LN3, κφλν νη πέληε ηειεπηαίνη ζχκθσλα κε ηε ζεηξά Hilbert ζπκβάιινπλ ζηελ bu, ελψ νη ππφινηπνη θαηαηάζζνληαη ζηελ πξψηε νκάδα. Αθνχ φινο ν θφκβνο ηνπ LN5 πεξηιακβάλεηαη ζην bu δελ επηζθεπηφκαζηε ηνλ θφκβν, αιιά ην MBR ηνπ ζπγρσλεχεηαη κε εθείλν ηνπ bu. ε νξηζκέλεο πεξηπηψζεηο, ζηνλ θφκβν ησλ θχιισλ πνπ πεξηέρνπλ U κπνξεί λα εκπίπηεη ζην φξην κεηαμχ δχν θνπβάδεο. ηελ παξαθάησ εηθφλα (ρήκα. 4,2)

59 εάλ Κ = 20, νη πξψηνη πέληε ρξήζηεο ηνπ LN4 αληηζηνηρνχλ ζηε δεχηεξε νκάδα, θαη νη ππφινηπνη ζηελ ηξίηε. Λφγσ ηεο ζέζεο ηνπο ζηε ζεηξά Hilbert, θακία απφ απηέο ηηο δχν νκάδεο δελ απνηειεί ηελ bu. Δηθόλα 32: Greedy Hilbert partitioning γηα ην δεύηεξν επίπεδν ηελ παξαθάησ εηθφλα θαίλεηαη ν ςεπδνθψδηθαο γηα ηελ GH κέζνδν. Αξρηθά ππνινγίδεηαη ε έθηαζε ηνπ θάδνπ bu πνπ πεξηέρεη ηνλ U, γηα ηε ζπγθεθξηκέλε ελέξγεηα απαηηείηαη ε ηάμε ηνπ U ζηε ζεηξά Hilbert. Η ζπλάξηεζε compute-rank εθηειεί απηφ ηνλ ππνινγηζκφ κε αλαδξνκηθφ ηξφπν. πγθεθξηκέλα, ru είλαη ε ηάμε ηνπ U ζηνλ LN ζπλ ην άζξνηζκα ησλ πιεζάξηζκσλ φισλ ησλ θφκβσλ πνπ πξνεγνχληαη ησλ πξνγφλσλ ηνπ U ζηε δηαδξνκή απφ ηνλ LN ζηνλ PN. Γηα παξάδεηγκα, αλ Κ = 30 ηφηε ru είλαη ε ηάμε ηνπ U κεηαμχ ησλ ζεκείσλ ηνπ LN4 ζπλ ηνπο πιεζάξηζκνπο απφ ηνλ LN1 έσο ηνλ LN3. Μφιηο ε bu θαζνξηζηεί, φια ηα θχιια- θφκβνη πνπ ζπλεηζθέξνπλ ζεκεία ζην bu ζπκκεηέρνπλ ζηελ θαηαζθεπή ηεο ASR κέζσ ηεο ιεηηνπξγίαο ζπγρψλεπζεο. Η δηαδηθαζία ζπγρψλεπζεο είλαη επίζεο αλαδξνκηθή: Αλ θαηαρψξεζε πεξηιακβάλεηαη νιφθιεξε ζηνλ θάδν, πξνθαιείηαη ε αληηθαηάζηαζε ηεο ASR κε κηα κεγαιχηεξε, ηνπ νπνίνπ ε κέγηζηε (ειάρηζηε) ζπληεηαγκέλε ζε θάζε άμνλα είλαη ε κέγηζηε (ειάρηζηε) κεηαμχ ησλ αληίζηνηρσλ ζπληεηαγκέλσλ ηεο Δ θαη ηεο αξρηθήο ASR. Δάλ ε Δ πεξηιακβάλεηαη ελ κέξεη, πξέπεη λα δηαβαζηεί ην πεξηερφκελφ ηεο θαη λα επαλαιεθζεί ε δηαδηθαζία, κπνξεί λα είλαη ην πνιχ δχν ηέηνηεο θαηαρσξίζεηο γηα θάζε επίπεδν. Η GH πεξηιακβάλεη ηε πξφζβαζε κφλν (i) ζηνπο θφκβνπο ζην κνλνπάηη κεηαμχ ησλ LN θαη PN ( έλαο θφκβνο ζε θάζε επίπεδν) (ii) θχιια- θφκβνπο πνπ πεξηιακβάλνληαη κεξηθψο (αιιά φρη νιφθιεξνη) (

60 δχν θφκβνη ζε θάζε επίπεδν). Σν πξψην ζχλνιν ησλ θφκβσλ ρξεζηκνπνηείηαη γηα ηνλ ππνινγηζκφ ηεο ru. Άιινη ελδηάκεζνη θφκβνη δελ είλαη απαξαίηεηνη αθνχ ε ζπλεηζθνξά ζην ru θαζνξίδεηαη απφ ηηο ζπληεηαγκέλεο ηνπο, νη νπνίεο είλαη απνζεθεπκέλεο κε ηηο θαηαρσξήζεηο ησλ γνλέσλ (γξακκέο 13-14). Δηθόλα 33: Ψεπδνθώδηθεο γηα ηνλ GH partitioning

61 6.7 Assymetric R- tree Split Η AR (Assymetric R-tree Split) κέζνδνο δηακέξηζεο εκπλεχζηεθε απφ ηνλ αιγφξηζκν θαηαζθεπήο ησλ R*-tree. Μηα επζχο πξνζέγγηζε είλαη λα εθαξκφζνπκε ηελ ηερληθή R*-split ζηνλ θφκβν δηακέξηζεο PN, πγθεθξηκέλα ε ηερληθήr*-split, πξψηα ηαμηλνκεί φια ηα ζεκεία βάζε ηεο x ζπληεηαγκέλεο ηνπο. ηε ζπλέρεηα ζεσξεί θάζε πηζαλή δηαίξεζε ζηελ ηαμηλνκεκέλε ιίζηα ζε δχν θφκβνπο N, N' έηζη ψζηε θάζε θφκβνο λα πεξηέρεη ηνπιάρηζηνλ k ζεκεία θαη ππνινγίδεη ηελ πεξίκεηξν ησλ N θαη N'. Η ζπλνιηθή πεξίκεηξνο ζηνλ x άμνλα ηζνχηαη κε ην άζξνηζκα φισλ ησλ πεξηκέηξσλ. Η δηαδηθαζία επαλαιακβάλεηαη γηα ηνλ y άμνλα θαη ν άμνλαο κε ηελ ειάρηζηε ζπλνιηθή πεξίκεηξν επηιέγεηαη σο ν άμνλαο δηακέξηζεο. Η ηερληθή R*-split εμεηάδεη πάιη φιεο ηηο πηζαλέο δηαηξέζεηο ζηελ επηιεγκέλε δηάζηαζε θαη επηιέγεη απηή πνπ απνδίδεη ηελ ειάρηζηε επηθάιπςε κεηαμχ ησλ MBRs ησλ θφκβσλ ηνπ απνηειέζκαηνο. Η δηαίξεζε αλαδξνκηθά εθαξκφδεηαη ζε θάζε δηακέξηζε κε πάλσ απφ 2k ρξήζηεο. Η ηερληθή R*-split παξνπζηάδεη θαη θάπνηεο αλεπάξθεηεο. Αξρηθά πξνζπαζεί λα ειαρηζηνπνηήζεη παξάγνληεο φπσο ε πεξίκεηξνο θαη ε επηθάιπςε ησλ θφκβσλ, ελψ θχξηνο ζθνπφο είλαη λα ειαρηζηνπνηήζνπκε ηελ ASR. Αθφκα θαη αλ ηξνπνπνηήζνπκε ηνλ αιγφξηζκν ψζηε λα ιακβάλεη ππ φςηλ κφλν ηελ ASR, ε ηερληθή R*-split κπνξεί λα νδεγήζεη ζε θαηαθεξκαηηζκφ, γηα παξάδεηγκα κπνξεί κηα δηαίξεζε λα πξνθαιέζεη ηε δεκηνπξγία δχν δηακεξίζεσλ κε κεγάιν αξηζκφ πιενλαζηηθψλ ρξεζηψλ, ηέηνηεο ψζηε επφκελεο δηαηξέζεηο λα κελ είλαη εθηθηέο. ηελ παξαθάησ εηθφλα έζησ πσο ζέινπκε λα ρσξίζνπκε ηα έμη ζεκεία ζε νκάδεο, έηζη ψζηε θάζε νκάδα λα πεξηέρεη ηνπιάρηζηνλ k=2. Σν ζεκείν δηακέξηζεο πνπ ειαρηζηνπνηεί ην άζξνηζκα ησλ πεξηνρψλ ησλ απνηειεζκάησλ είλαη x=c, ην νπνίν εμαιείθεη ην κεγαιχηεξν θελφ (λεθξή πεξηνρή) κεηαμχ ησλ δχν δηακεξίζεσλ P1 θαη P2. Κακία πεξεηαίξσ δηακέξηζε δε κπνξεί λα πξαγκαηνπνηεζεί, παξ φηη θάζε θφκβνο πεξηέρεη 2 ρξήζηεο. Γηα ηε δηαρείξηζε ηνπ πξνβιήκαηνο ηνπ θαηαθεξκαηηζκνχ, ν AR ιακβάλεη ππ φςηλ θαη ηελ πεξηνρή αιιά θαη ηνλ πιεζάξηζκν ησλ δηακεξίζεσλ πνπ πνξθχπηνπλ. πγθεθξηκέλα ν AR παξάγεη δηακεξίζεηο πνπ ειαρηζηνπνηνχλ ηελ θάησζη ζπλάξηεζε: [ASR(P1)+ ASR(P2)]* P1 * P2, κε πεξηνξηζκφ ζηηο ηηκέο ησλ P1 θαη P2 λα είλαη ηνπιάρηζηνλ k. Η ηερληθήar πξνηηκά κε ηζνξξνπεκέλεο δηαηξέζεηο, πνπ είλαη επηζπκεηέο θαζψο πεξηιακβάλνπλ ρακειφ θαηαθεξκαηηζκφ. ηελ εηθφλα παξαθάησ (Fig. 4.4b) θαζέλα απφ ηα ζεκεία δηαίξεζεο C1ή C2 ζα νδεγνχζε ζε θφζηνο δηαίξεζεο ίζν κε

62 ( )*2*4 = 6560, ζπγθξηηηθά κε 2*400*3*3 = 7200 πνπ ζα παξαγφηαλ απφ ην C. Έηζη ε ζα δηαξνχζε είηε ζην C1 ή ζην C2, θαη επαθφινπζα ζα επέηξεπε κηα δεχηεξε δηαίξεζε, πνπ ζα νδεγνχζε ζε ηξεηο ASRs κε ζπλνιηθφ θφζηνο 2*( ) =1020, πνιχ κηθξφηεξν ζπγθξηηηθά κε ην 2400 πνπ πξνθχπηεη απφ ηελ R*-split. Δηθόλα 34: R- tree split ελαληίνλ AR ηελ παξαθάησ εηθφλα έρνπκε ηνλ ςεπδνθψδηθα γηα ηνλ AR. Οη γξακκέο 6-15 ππνινγίδνπλ ην θαιχηεξν ζεκείν δηακέξηζεο ζπγθξίλνληαο φιεο ηηο δπλαηέο δηακεξίζεηο. Έζησ listsplit_dim λα είλαη ε ιίζηα φισλ ησλ ζεκείσλ ηαμηλνκεκέλα ζηε δηάζηαζε δηακέξηζεο. Η ζέζε ηνπ U ζηε ιίζηα listsplit_dim θαζνξίδεη ηελ δηακέξηζε N' πνπ ην πεξηέρεη. Αλ ην U βξίζθεηαη πξηλ ην ζεκείν δηακέξηζεο, ηφηε ην N πεξηιακβάλεη φια ηα ζεκεία ζην εχξνο [1, split_point]. Αιιηψο ν N' πεξηιακβάλεη φια ηα ζεκεία ζην εχξνο [split_point+1, listsplit_dim ]. ε θάζε πεξίπησζε ν θφκβνο N' δηακεξίδεηαη αλαδξνκηθά. Η δηακέξηζε ηνπ άιινπ θφκβνπ N δελ είλαη απαξαίηεηε θαζψο ν θφκβνο δελ ρξεζηκεχεη πνπζελά ζηνλ ππνινγηζκφ ηνπ bu.

63 Δηθόλα 35: Assymetric AR Οη πξνηεηλφκελεο ηερληθέο δηακέξηζεο πξνζθέξνπλ δηαθνξεηηθά πιενλεθηήκαηα απφδνζεο θαη απνηειεζκαηηθφηεηαο. Η GH είλαη πνιχ ηνπηθνπνηεκέλε (localized), είλαη γξήγνξα φζνλ αθνξά ηελ είζνδν/έμνδν δεδνκέλσλ θαη ην θφζηνο ησλ ππνινγηζκψλ ζηε CPU αιιά παξάγεη πνιχ κεγάιεο ASR. Απφ ηελ άιιε πιεπξά, ε AR είλαη πην αθξηβή ηερληθή θαζψο πξέπεη λα δηαβάδεη φιν ην ππνδέληξν ηνπ PN θαη πξαγκαηνπνηεί εληαηηθνχο ππνινγηζκνχο, αιιά παξάγεη κηθξφηεξεο ASR. Η επηινγή ηεο ηερληθήο δηακέξηζεο βαζίδεηαη ζηα ραξαθηεξηζηηθά ηεο εθαξκνγήο. Αλ γηα παξάδεηγκα ν anonymizer ρξεψλεη ηνπο πειάηεο ζχκθσλα κε ηε ρξήζε θαη ε LBS είλαη κία δεκφζηα ππεξεζία, κπνξεί λα είλαη πξνηηκφηεξε ε ρξήζε ηεο ηερληθήο GH. Απφ ηελ άιιε πιεπξά αλ ε LBS ζέηεη πεξηνξηζκνχο (φπσο ν αξηζκφο ησλ απνηειεζκάησλ, ρξφλνο επεμεξγαζίαο θα) ε AR είλαη θαιχηεξε ιχζε.

64 7 Υινπνίεζε 7.1 Βαζηθό πεξηβάιινλ πινπνίεζεο Όιεο νη πινπνηήζεηο πνπ ζπλφδεπαλ ηηο παξαπάλσ κειέηεο έγηλαλ ζε γιψζζα πξνγξακκαηηζκνχ C++. Έκθαζε δφζεθε ζηελ απφδνζε ησλ αιγφξηζκσλ ζε κεγάια αξρεία δεδνκέλσλ πνπ απηφκαηα έκπαηλαλ σο είζνδνο ζε ξνπηίλεο πξνθεηκέλνπ λα γίλνπλ αληηιεπηέο νη δηαθνξέο κεηαμχ ησλ δηάθνξσλ κεζνδνινγηψλ. Σα δέληξα, αλεθηίκεην πιένλ αλακθηζβήηεηα εξγαιείν γηα επίηεπμε k-anonymity δεκηνπξγήζεθαλ ζε θιάζεηο εμ αξρήο ζε γιψζζα πξνγξακκαηηζκνχ C++ θαη ζηε ζπλέρεηα ρξεζηκνπνηήζεθαλ ζηα πεηξάκαηα πνπ πξαγκαηνπνηήζεθαλ. Δπίζεο δελ έρεη γίλεη θάπνηα πινπνίεζε ζε δπλακηθά δεδνκέλα. ε απηή ηε δηπισκαηηθή εξγαζία γίλεηαη ζρεδίαζε ηνπ πεξηβάιινληνο φπσο αθξηβψο εκθαλίδεηαη ζηελ εηθφλα 24. Οη ρξήζηεο θηλνχληαη ειεχζεξα ζηνπο δξφκνπο κηα ειιεληθήο πφιεο, ηεο Πάηξαο. Οη ζέζεηο ηνπο απηφκαηα απνζεθεχνληαη ζε κηα βάζε δεδνκέλσλ θαη ζηε ζπλέρεηα ε βάζε δεδνκέλσλ ελεκεξψλεηαη ζπλερψο κε ηηο ηξέρνπζεο ζέζεηο ησλ ρξεζηψλ. Μηα LBS έρεη ζε βάζε δεδνκέλσλ επίζεο ζηνηρεία (ζέζε, θαηεγνξία, φλνκα) φζνλ αθνξά δηάθνξα πηζαλά ζεκεία ελδηαθέξνληνο φπσο εζηηαηφξηα, θαθεηέξεηεο, μελνδνρεία, ηξάπεδεο. Κάζε ρξήζηεο έρεη δπλαηφηεηα λα ζέζεη εξψηεκα θνληηλφηεξνπ γείηνλα γηα θάπνην ζεκείν ελδηαθέξνληνο (ηξάπεδεο, μελνδνρεία θιπ) ζηελ LBS. Μέζσ αζθαιήο ζχλδεζεο ελεκεξψλεηαη ν Server κε ηελ αθξηβή ζέζε ηνπ ρξήζηε πνπ έζεζε ην εξψηεκα θαη ηηο απαηηήζεηο αλσλπκίαο. Ο Server ζρεκαηίδεη ηελ αληίζηνηρε αλψλπκε πεξηνρή θαη πξνσζεί ζηελ LBS ην MBR. Η LBS πνπ έρεη ζηε δηάζεζε ηεο φια ηα ζηνηρεία γηα ηα ζεκεία ελδηαθέξνληνο εθηειεί ην εξψηεκα γηα θάζε ρξήζηε πνπ αλήθεη ζηελ ASR. Όπσο θαίλεηαη θαη ζηελ

65 εηθφλα, ε LBS ζηέιλεη μαλά πίζσ ηα απνηειέζκαηα θαη ν Server ελεκεξψλεη ηνλ ζπγθεθξηκέλν ρξήζηε φζνλ αθνξά ην απνηέιεζκα. 7.2 Βαζηθέο Τερλνινγίεο Java: Η γιψζζα πξνγξακκαηηζκνχ πνπ ρξεζηκνπνηήζεθε είλαη ε java. Έλα απφ ηα βαζηθά πιενλεθηήκαηα ηεο Java έλαληη ησλ πεξηζζφηεξσλ άιισλ γισζζψλ είλαη ε αλεμαξηεζία ηνπ ιεηηνπξγηθνχ ζπζηήκαηνο θαη πιαηθφξκαο. Σα πξνγξάκκαηα πνπ είλαη γξακκέλα ζε Java ηξέρνπλε αθξηβψο ην ίδην ζε Windows, Linux, Unix θαη Macintosh ρσξίο λα ρξεηάδεηαη λα μαλαγίλεη κεηαγιψηηηζε (compiling) ή λα αιιάμεη ν πεγαίνο θψδηθαο γηα θάζε δηαθνξεηηθφ ιεηηνπξγηθφ ζχζηεκα. Net Beans: Σν πξφγξακκα αλάπηπμεο ινγηζκηθνχ (Net Beans πξνζθέξεηαη δσξεάλ απφ ηελ εηαηξεία πνπ δεκηνχξγεζε ηελ Java, Sun. θνπφο ηνπ πξνγξάκκαηνο είλαη λα πξνζθέξεη ζηνλ πξνγξακκαηηζηή κηα γξαθηθή δηεπηθάλεηα αιιειεπίδξαζεο κε ηελ γιψζζα κε ζθνπφ λα θάλεη ηελ αλάπηπμε εθαξκνγψλ κε Java κηα πην εχθνιε εξγαζία [9]. Η χπαξμε κηαο δξαζηήξηαο θνηλφηεηαο, φπνπ άλζξσπνη απφ φιν ηνλ θφζκν έρνπλ ηελ ηθαλφηεηα λα θάλνπλ εξσηήζεηο, λα δίλνπλ ζπκβνπιέο, λα ζπκκεηέρνπλ κε δηάθνξνπο ηξφπνπο θαη λα κνηξάδνληαη ηελ επηηπρία ησλ πξντφλησλ ηνπο απνηειεί ζεκαληηθφ θίλεηξν γηα θάπνηνλ λα κάζεη λα ρεηξίδεηαη απηφ ην εξγαιείν πνπ δηαλέκεηεαη δσξεάλ γηα εκπνξηθή ή κε ρξήζε. Ο πεγαίνο θψδηθαο είλαη δηαζέζηκνο γηα ηνλ θαζέλα πξνο επαλαρξεζηκνπνίεζε θαη παξέρνληαη πνιιέο δπλαηφηεηεο γηα ηελ αλάπηπμε δηαθφξσλ εθαξκνγψλ φπσο, γεληθέο εθαξκνγέο ζε Java, δηθηπαθέο εθαξκνγέο, δηθηπαθέο ππεξεζίεο, επηρεηξεκαηηθέο εθαξκνγέο, εθαξκνγέο ζε J2ME (Java 2 Micro Edition). ηελ δηθή καο πεξίπησζε ην NetBeans IDE ρξεζηκνπνηήζεθε γηα ηελ θαηαζθεπή ηνπ GUI, δειαδή εθείλσλ ησλ θνκκαηηψλ πνπ είλαη εκθαλή ζην ρξήζηε. JDBC driver: Γηα λα πξνζπειάζνπµε απφ ηελ Java µία Β ζα ρξεζηµνπνηήζνπµε ην JDBC API πνπ παξέρεηαη µε ηελ Java θαη παξέρεη θιάζεηο πνπ θάλνπλ δπλαηή ηελ πξνζπέιαζε µηαο Β απφ ηελ Java. Γηα λα γίλεη απηφ ρξεζηµνπνηείηαη έλαο JDBC Driver πνπ νπζηαζηηθά είλαη ην πξφγξαµµα πνπ επηθνηλσλεί µε ηελ Β γηα ινγαξηαζµφ ηνπ δηθνχ καο πξνγξάκκαηνο. Τπάξρνπλ δηάθνξνη ηχπνη JDBC Drivers (1, 2, 3 ή 4). ηε παξνχζα εξγαζία ρξεζηκνπνηείηαη ν ηχπνο 1. Πξφθεηηαη

66 γηα έλα Driver πνπ παξέρεηαη µε ηελ Java θαη δίλεη ηελ δπλαηφηεηα πξφζβαζεο ζε πεγέο δεδνµέλσλ ODBC. Δηθόλα 35: Σρήκα ηεο JDBC-ODBC γέθπξαο SSL/TLS: Σν πξσηφθνιιν SSL (Secure Sockets Layer) αλαπηχρζεθε απφ ηελ εηαηξεία Netscape θαη ζρεδηάζηεθε γηα λα παξέρεη αζθάιεηα θαηά ηελ κεηάδνζε επαίζζεησλ δεδνκέλσλ ζην δηαδίθηπν. Η έθδνζε 3.0 ηνπ πξσηνθφιινπ θπθινθφξεζε απφ ηελ Netscape ην 1996 θαη απνηέιεζε ηελ βάζε γηα ηελ κεηέπεηηα αλάπηπμε ηνπ πξσηνθφιινπ TLS (Transport Layer Security), ην νπνίν πιένλ ηείλεη λα αληηθαηαζηήζεη ην SSL. Σα δχν απηά πξσηφθνιια ρξεζηκνπνηνχληαη επξέσο γηα ειεθηξνληθέο αγνξέο θαη ρξεκαηηθέο ζπλαιιαγέο κέζσ ηνπ δηαδηθηχνπ.σν SSL ρξεζηκνπνηεί κεζφδνπο θξππηνγξάθεζεο ησλ δεδνκέλσλ πνπ αληαιιάζζνληαη κεηαμχ δχν ζπζθεπψλ (ζπλεζέζηεξα Ηιεθηξνληθψλ Τπνινγηζηψλ) εγθαζηδξχνληαο κία αζθαιή ζχλδεζε κεηαμχ ηνπο κέζσ ηνπ δηαδηθηχνπ. Σν πξσηφθνιιν απηφ ρξεζηκνπνηεί ην TCP/IP γηα ηε κεηαθνξά ησλ δεδνκέλσλ θαη είλαη αλεμάξηεην απφ ηελ εθαξκνγή πνπ ρξεζηκνπνηεί ν ηειηθφο ρξήζηεο. Γηα ηνλ ιφγν απηφ κπνξεί λα παξέρεη ππεξεζίεο

67 αζθαινχο κεηάδνζεο πιεξνθνξηψλ ζε πξσηφθνιια αλψηεξνπ επηπέδνπ φπσο γηα παξάδεηγκα ην HTTP, ην FTP θνθ. Δηθόλα 36: Πνπ ιεηηνπξγεί ην πξσηόθνιιν SSL 7.3 Λεηηνπξγίεο θαη βαζηθέο παξαδνρέο Όιε ε εθαξκνγή έρεη σο ζθνπφ κε απιφ θαη θηιηθφ ηξφπν σο πξνο ην ρξήζηε, λα δείμεη ηε δηαδηαθαζία αλσλπκνπνίεζεο ησλ ζέζεσλ ησλ ρξεζηψλ θαη θαη επέθηαζε ηεο ηαπηφηεηαο ηνπο. Σα κνλαδηθά ζηνηρεία πνπ απνζεθεχνληαη ζηε βάζε δεδνκέλσλ γηα ηνπο ρξήζηεο είλαη ε ζέζε ηνπο θαη έλα πεδίν ηχπνπ String, φπνπ απνζεθεχεηαη αλ ππάξρεη εξψηεκα ε ζσζηή απάληεζε απφ ηνλ Server. Η ζέζε ηνπο είλαη κηα δπλακηθή θαηάζηαζε θαη ε βάζε δεδνκέλσλ είλαη ζε ζέζε νπνηαδήπνηε ζηηγκή λα ελεκεξσζεί κε ηελ ηξέρνπζα ζέζε ησλ ρξεζηψλ. Οη ιεηηνπξγίεο ηνπο πξνγξάκκαηνο είλαη νη εμήο: Πξνζζήθε ρξήζηε ζηελ εηθφλα ηνπ ράξηε ζε ηπραία ζέζε. Πξνβνιή ησλ ζηνηρείσλ ησλ ρξεζηψλ. Αζθαιήο ζχλδεζε κε ηνλ Server γηα δεκηνπξγία ηεο αλψλπκεο πεξηνρήο. Πξνβνιή ηεο αλψλπκεο πεξηνρήο. Δθηέιεζε εξσηήκαηνο γηα ηνπο ρξήζηεο πνπ αλήθνπλ ζηελ αλψλπκε πεξηνρή. Δλεκέξσζε κφλν ηνπ εξσηφληνο ρξήζηε κε ην απνηέιεζκα. Γηαγξαθή φισλ ησλ δεδνκέλσλ. ηηο παξαπάλσ εηθφλεο θαίλεηαη ην πεξηβάιινλ εξγαζίαο πνπ δεκηνπξγήζεθε θαζψο θαη ε εθηέιεζε ελφο εξσηήκαηνο απφ έλαλ ρξήζηε γηα εχξεζε θνληηλφηεξνπ ζεκείνπ ελδηαθέξνληνο.

68 Έζησ πσο ν ρξήζηεο κε id=6 θαη απαίηεζε αλσλπκίαο ίζε κε 3, επηζπκεί λα θάλεη αλάιεςε ρξεκάησλ απφ ηξαπεδηθφ ππνθαηάζηεκα. Δλδηαθέξεηαη λα κάζεη πνηα ηξάπεδα είλαη ε πην θνληηλή βάζε ηεο ζέζεο ηνπ. Δηθόλα 37: Γηεπαθή ρξήζηε πκπιεξψλνπκε ηα ζηνηρεία ζηα αλάινγα πεδία θαη παηάκε ην θνπκπί create ASR. Μέρξη απηή ηα ζηηγκή δεκηνπξγήζακε ηελ απαηηνχκελε ASR πνπ αλσλπκνπνηεί ηνλ εξσηψλ ρξήζηε. Παηφληαο ην θνπκπί view ASR κπνξνχκε λα δνχκε ηελ αλψλπκε πεξηνρή πνπ δεκηνπξγήζεθε. Μπνξνχκε λα δνχκε ηελ ASR πνπ ζρεκαηίζηεθε (είλαη ε πεξηνρή πνπ πεξηθιείεηαη ζε κηα δηαθξηηηθή καχξε γξακκή). Δηθόλα 38: Σρεδίαζε ASR

69 Σέινο εθηειείηαη ην εξψηεκα γηα φινπο ηνπο ρξήζηεο θαη ζηέιλνληαη εθ λένπ ηα απνηειέζκαηα ζηνλ Server, ν νπνίνο κε ηε ζεηξά ηνπ θηιηξάξεη ηα απνηειέζκαηα θαη ελεκεξψλεη κφλν ηελ εγγξαθή ηνπ ρξήζηε πνπ έζεζε ην αξρηθφ εξψηεκα. ηελ παξαθάησ εηθφλα βιέπνπκε πσο παηψληαο ην θνπκπί view data of points ν ρξήζηεο 6 έρεη εεκεξσζεί πσο ε θνληηλφηεξε ηξάπεδα ζε απηφλ είλαη ε Δκπνξηθή, ζηνπο άιινπο ρξήζηεο παξ φηη εθηειέζζεθε ην ίδην εξψηεκα θαη ππνινγίζηεθε θαη γηα απηνχο ε θνληηλφηεξε ηξάπεδα, δελ ελεκεξψζεθαλ θαζψο δελ έζεζαλ πνηέ απηνβνχισο κηα ηέηνηα πξφζεζε. Δηθόλα 39: Δλεκέξσζε ρξήζηε κε ην απνηέιεζκα

70 Παξάξηεκα Α GUI & JDBC Bridge (source) Η δηεπαθή δεκηνπξγήζεθε ζηελ πιαηθφξκα netbeans. Ο πεγαίνο θψδηθαο δεκηνπξγείηαη απηφκαηα απφ ην πξφγξακκα θαζψο ν ρξήζηεο κε drag and drop ηνπνζεηεί ζην βαζηθφ πεξηβάιινλ ηα ζπζηαηηθά πνπ ζα ρξεζηκνπνηήζεη. Αλάινγα κε ηα ζπκβάληα ελζσκαηψλνπκε ηηο θχξηεο ιεπηνπξγίεο νη νπνίεο ζα δνζνχλ ζηε ζπλέρεηα αλαιπηηθά. Καζψο ην πξφγξακκα ζπλδέεηαη άκεζα κε κηα ρσξηθή βάζε δεδνκέλσλ, θξίλεηαη ζθφπηκν λα παξνπζηαζηεί αλαιπηηθά ε δηαδηθαζία ζχλδεζεο θαη εθηέιεζεο εξσηεκάησλ ζε κηα βάζε δεδνκέλσλ κέζσ ηνπ πεγαίνπ θψδηθα πνπ γξάθηεθε. Τπάξρνπλ επηά ηππνπνηεκέλα βήκαηα ζηε ζπδήηεζε ησλ βάζεσλ δεδνκέλσλ: 1. Φόξησζε ηνπ νδεγνύ JDBC Ο νδεγφο είλαη ην θνκκάηη ηνπ ινγηζκηθνχ πνπ μέξεη πψο λα κηιήζεη ζηνλ πξαγκαηηθφ Server ησλ βάζεσλ δεδνκέλσλ. Γηα λα «θνξηψζνπκε» ηνλ νδεγφ, φια απηά ηα νπνία ρξεηαδφκαζηε είλαη λα «θνξησζεί» ε θαηάιιειε θιάζε πνπ είλαη έλα static block ζηελ ίδηα ηελ θιάζε φπνπ απηφκαηα δεκηνπξγεί κηα πεξίπησζε νδεγψλ. Η κέζνδνο Class.forName παίξλεη κηα ζπκβνινζεηξά πνπ αληηπξνζσπεχεη έλα πιήξσο θαηάιιειν φλνκα θιάζεο, πνπ πεξηιακβάλεη ηα package νλφκαηα θαη «θνξηψλεη» ηελ αληίζηνηρε θιάζε. Απηή ε θιήζε πξέπεη λα είλαη κέζα ζε έλα block try/catch γηαηί ζα κπνξνχζε λα εκθαλίζεη εμαίξεζε (ClassNotFound-Exception). Υαξαθηεξηζηηθφ ηεο πξνζέγγηζεο JDBC είλαη φηη ν Server ησλ βάζεσλ δεδνκέλσλ δελ απαηηεί θακία αιιαγή. Αληίζεηα, ν νδεγφο JDBC πνπ βξίζθεηαη ζηνλ client κεηαθξάδεη ηηο θιήζεηο πνπ γξάθνληαη ζηε γιψζζα πξνγξακκαηηζκνχ ηεο Java ζε ζπγθεθξηκέλν format πνπ απαηηείηαη απφ ηνλ Server. Απηή ε πξνζέγγηζε ζεκαίλεη φηη πξέπεη λα ιάβνπκε έλα νδεγφ JDBC ζπγθεθξηκέλν γηα ηελ βάζε δεδνκέλσλ πνπ εκείο ρξεζηκνπνηνχκε θη φηη ζα πξέπεη λα ειέγμνπκε ηελ ηεθκεξίσζή ηεο γηα ην πιήξσο θαηάιιειν φλνκα θιάζεο ζηε ρξήζε. Οη πεξηζζφηεξνη πξνκεζεπηέο βάζεσλ δεδνκέλσλ παξέρνπλ ηνπο ειεχζεξνπο νδεγνχο JDBC γηα ηηο βάζεηο δεδνκέλσλ ηνπο. Έλαο θαηάινγνο βξίζθεηαη ζηελ ειεθηξνληθή δηεχζπλζε

71 2. Καζνξηζκόο ηεο ζύλδεζεο URL Μφιηο «θνξηψζνπκε» ηνλ νδεγφ JDBC, πξέπεη λα δηεπθξηλίζνπκε ηε ζέζε ηνπ Server ησλ βάζεσλ δεδνκέλσλ. Σα URLs ηα νπνία αλαθέξνληαη ζηηο βάζεηο δεδνκέλσλ ρξεζηκνπνηνχλ ην jdbc: ην πξσηφθνιιν θη έρεη ην server host, ην port, θαη ην database name, ή ηελ αλαθνξά, πνπ ελζσκαηψλεηαη κέζα ζην URL. Σν αθξηβέο format ζα θαζνξηζηεί ζηελ ηεθκεξίσζε πνπ έξρεηαη κε ηνλ θαηάιιειν νδεγφ. Ο JDBC ρξεζηκνπνηείηαη ζπρλά απφ ηα servlets ή ηηο θαλνληθέο εθαξκνγέο ππνινγηζηψλ γξαθείνπ αιιά πηνζεηείηαη επίζεο, κεξηθέο θνξέο απφ ηα applets. 3. Δγθαηάζηαζε ηεο ζύλδεζεο Γηα λα θάλνπκε ηελ πξαγκαηηθή ζχλδεζε δηθηχσλ, πξέπεη λα πεξάζνπκε ην URL, ην username ηεο βάζεο δεδνκέλσλ, θαη ην password ζηε κέζνδν getconnection ηεο θιάζεο Driver-Manager. Πξέπεη λα ζεκεηψζνπκε φηη ε getconnection «πεηάεη» έλα SQLException, θη έηζη πξέπεη λα ρξεζηκνπνηήζνπκε έλα block try/catch. Άιιεο ρξήζηκεο κέζνδνη ζηελ θιάζε Connection πεξηιακβάλνπλ preparestatement, prepare-call κε ηελ νπνία δεκηνπξγνχκε έλα CallableStatement, rollback κε ηελ νπνία πξαγκαηνπνηείηαη αλαίξεζε ησλ δειψζεσλ πξνηνχ ηνπ ηειεπηαίνπ commit, commit κε ην νπνίν γίλεηαη ε νξηζηηθνπνίεζε ησλ δηαδηθαζηψλ πξνηνχ ηνπ ηειεπηαίνπ commit, close κε ηελ νπνία νινθιεξψλεηαη ε ζχλδεζε. 4. Γεκηνπξγία ελόο Statement αληηθεηκέλνπ Έλα αληηθείκελν Statement ρξεζηκνπνηείηαη γηα λα ζηείιεη ηηο εξσηήζεηο θαη ηηο εληνιέο ζηελ βάζε δεδνκέλσλ θαη δεκηνπξγείηαη απφ ηε Connection σο εμήο: Statement name_statement = connection.createstatement();

72 5. Δθηέιεζε ελόο εξσηήκαηνο ή ελόο update Μφιηο έρνπκε έλα αληηθείκελν Statement, κπνξνχκε λα ην ρξεζηκνπνηήζνπκε γηα λα ζηείινπκε ηα SQL εξσηήκαηα κε ηε ρξεζηκνπνίεζε ηεο κεζφδνπ executequery, ε νπνία επηζηξέθεη έλα αληηθείκελν ηνπ ηχπνπ Result-Set. Παξαθάησ δίλεηαη έλα παξάδεηγκα: String query = "SELECT col1, col2, col3 FROM nametable"; ResultSet resultset = statement.executequery(query); Γηα λα ηξνπνπνηήζνπκε ηελ βάζε δεδνκέλσλ, ρξεζηκνπνηνχκε executeupdate αληί ηνπ executequery, θαη παξέρνπκε έηζη κηα ζπκβνινζεηξά ε νπνία ρξεζηκνπνηεί UPDATE, INSERT, ή DELETE. Άιιεο ρξήζηκεο κέζνδνη ζηελ θιάζε Statement πεξηιακβάλνπλ execute δειαδή, ηελ εθηέιεζε κηαο απζαίξεηεο εληνιήο. 6. Δπεμεξγαζία ησλ απνηειεζκάησλ Ο απινχζηεξνο ηξφπνο λα επεμεξγαζηνχκε ηα απνηειέζκαηα είλαη λα ππνβιεζνχλ ζε επεμεξγαζία κηα γξακκή ηε θνξά, πνπ ρξεζηκνπνηεί ηελ ResultSet s next κέζνδν γηα λα θηλήζεη κέζσ ηνπ πίλαθα κηα γξακκή ζε έλα ρξφλν. Μέζα ζε κηα γξακκή, ε ResultSet παξέρεη φηη δηάθνξεο getxxx κέζνδνη πνπ παίξλνπλ έλα δείθηε ζηειψλ ή έλα φλνκα ζηειψλ ζαλ φξηζκα θη επηζηξέθνπλ ην απνηέιεζκα ζαλ πνηθίινπο δηαθνξεηηθνχο ηχπνπο ηεο Java. Γηα παξάδεηγκα, ρξεζηκνπνηνχκε ηελ getint εάλ ε ηηκή πνπ καο ελδηαθέξεη είλαη έλαο αθέξαηνο αξηζκφο ελψ getstring γηα κηα ζπκβνινζεηξά. Δάλ ζέινπκε αθξηβψο λα εκθαλίζνπκε ηα απνηειέζκαηα, κπνξνχκε λα ρξεζηκνπνηήζνπκε ηελ getstring αλεμάξηεηα απφ ηνλ πξαγκαηηθφ ηχπν ησλ ζηειψλ. Δληνχηνηο, εάλ ρξεζηκνπνηνχκε ηελ έθδνζε πνπ παίξλεη έλα δείθηε ζηειψλ, πξέπεη λα ζεκεηψζνπκε φηη νη ζηήιεο ζπληάζζνληαη αξρηθά ζε 1, έπεηηα απφ ηε ζχκβαζε SQL, θη φρη ζε 0 φπσο κε ηηο ζπκβνινζεηξέο, ηα δηαλχζκαηα, θαη ηηο πεξηζζφηεξεο άιιεο δνκέο δεδνκέλσλ ζηε γιψζζα πξνγξακκαηηζκνχ ηεο Java. 7. Κιείζηκν ηεο ζύλδεζεο Γηα λα θιείζνπκε ηε ζχλδεζε ξεηά, ρξεζηκνπνηνχκε: connection.close();

73 Πξέπεη λα αλαβάινπκε απηφ ην βήκα εάλ αλακέλνπκε λα εθηειέζνπκε ηηο πξφζζεηεο δηαδηθαζίεο ησλ βάζεσλ δεδνκέλσλ, δεδνκέλνπ φηη ηα γεληθά έμνδα ηνπ αλνίγκαηνο κηαο ζχλδεζεο είλαη ζπλήζσο κεγάια. Παξαηίζεηαη ν πεγαίνο θψδηθαο γηα ζχλδεζε κε κηα βάζε δεδνκέλσλ γηα εηζαγσγή δεδνκέλσλ. Connection conn = null; PreparedStatement stmt = null; try{ // δήλωςη του JDBC driver Class.forName("com.mysql.jdbc.Driver"); // Δημιουργία ςύνδεςησ //System.out.println("Connecting to database..."); conn=drivermanager.getconnection("jdbc:mysql://localhost/points","root","soadsoad"); //Δήλωςη ερωτήματοσ //System.out.println("Inserting data..."); String query = "insert into points (loc) values( point(?,?) )"; // δημιουργία statement stmt = conn.preparestatement(query); // set τη ςυντεταγμένη του ςυμβάντοσ ςτο πρώτο όριςμα, x ςτη βάςη δεδομένων stmt.setint (1, evt.getx() ); // set τη ςυντεταγμένη του ςυμβάντοσ ςτο δεύτερο όριςμα, y ςτη βάςη δεδομένων stmt.setint(2, evt.gety() ); // εκτέλεςη ερωτήματοσ stmt.executeupdate(); //κλείςιμο ςύνδεςησ stmt.close(); conn.close(); }catch(sqlexception se){ se.printstacktrace(); }catch(exception e){ e.printstacktrace(); }finally{ try{ if(stmt!=null) stmt.close(); }catch(sqlexception se2){ } try{ if(conn!=null) conn.close();

74 }catch(sqlexception se){ se.printstacktrace(); }//τέλοσ finally try }//τέλοσ try Όιε ε πινπνίεζε απαηηνχζε νη ζέζεηο ρξεζηψλ λα είλαη δπλακηθέο, θαζψο φκσο ε εηζαγσγή ησλ ρξεζηψλ πξαγκαηνπνηείηαη ρεηξνθίλεηα, γηα απηνκαηνπνίεζε ηεο ηπραίαο θίλεζεο ηνπο, δεκηνπξγήζεθε έλα αληηθείκελν ηπραίαο παξαγσγή αξηζκψλ. Αλάινγα κε ηελ ψξα πνπ πεξλάεη νη ρξήζηεο είλαη δπλαηφλ λα κεηαθηλεζνχλ ζε κεγαιχηεξν εχξνο απφζηαζεο φπσο ζα γηλφηαλ θαη ζηελ πξαγκαηηθφηεηα. Δπίζεο παξάγεηαη έλαο ηπραίνο αξηζκφο απφ 0 έσο 360 γηα ηελ θαπεχζπλζε ηεο θίλεζεο ηνπο. Παξαηίζεηαη ν θψδηθαο ζχλδεζεο πάιη κε ηαε βάζε δεδνκέλσλ γηα ηελ ελεκέξσζε ησλ ζέζεσλ ησλ ρξεζηψλ. long endtime = System.currentTimeMillis(); //Διαγραρή των χρηςτών από το panel for(int j=0; j<ctr; j++) { mypanel.getgraphics().clearrect(coordinates.x[j], coordinates.y[j], 2, 2);} //αρχικοποίηςη ενόσ αντικειμένου παραγωγήσ τυχαίων αριθμών int range= (int)(endtime-starttime)/1000; starttime=system.currenttimemillis(); Random randomgenerator = new Random(); //ενημέρωςη των νέων θέςεων ςτη βάςη δεδομένων int i=0, rel; //System.out.println("Update the positions of" + ctr+ "rows"); for(i=0; i<ctr; i++) { Connection conn = null; PreparedStatement stmt = null; //παραγωγή αριθμού για προςδιοριςμό τησ κατεύθυνςησ κίνηςησ απο 0 έωσ 359 μοίρεσ int dir= randomgenerator.nextint(360); // παραγωγή αριθμού ςτο εύροσ (0..range) για προςδιοριςμό τησ μετατόπιςησ if(range==0) rel=0; else rel= randomgenerator.nextint(range); try{ //Δήλωςη JDBC driver Class.forName("com.mysql.jdbc.Driver"); // Δημιουργία ςύνδεςησ conn=drivermanager.getconnection("jdbc:mysql://localhost/points","root","soadsoad");

75 //Δήλωςη ερωτήματοσ String query = "update points set loc = (point(?,?)) where id=?"; // create a statement stmt = conn.preparestatement(query); //επιλογή ςειριακά κάθε εγγραφήσ stmt.setint (3, i+1 ); //υπολογιςμόσ τησ νέασ x ςυντεταγμένησ double cosvalue = Math.cos(dir); stmt.setdouble (1, (coordinates.x[i] + cosvalue*rel) ); //υπολογιςμόσ τησ νέασ y ςυντεταγμένησ double sinvalue = Math.sin(dir); stmt.setdouble(2, (coordinates.y[i]+ sinvalue*rel) ); //Εκτέλεςη ερωτήματοσ stmt.executeupdate(); //Αποθήκευςη των νέων θέςεων και ςτην κλάςη coordinates. coordinates.x[i]= (int)(coordinates.x[i] + cosvalue*rel); coordinates.y[i]= (int)(coordinates.y[i]+ sinvalue*rel); //Κλείςιμο δήλωςησ και ςύνδεςησ stmt.close(); conn.close(); }catch(sqlexception se){ se.printstacktrace(); }catch(exception e){ e.printstacktrace(); }finally{ try{ if(stmt!=null) stmt.close(); }catch(sqlexception se2){ } try{ if(conn!=null) conn.close(); }catch(sqlexception se){ se.printstacktrace(); }//τέλοσ finally try }//τέλοσ try }//end for

76 //Εμφάνιςη των νέων θέςεων των χρηςτών ςτο panel for( int j=0; j<ctr; j++) { mypanel.getgraphics().fillrect(coordinates.x[j], coordinates.y[j], 2, 2); } χλδεζε ζηε βάζε δεδνκέλσλ γηα πξνβνιή ησλ ζηνηρείσλ ηνπ πίλαθα ησλ ρξεζηψλ //Δήλωςη JDBC driver Class.forName("com.mysql.jdbc.Driver"); //Δημιουργία ςύνδεςησ System.out.println("Connecting to database..."); conn= DriverManager.getConnection("jdbc:mysql://localhost/points","root","soadsoad"); //Δημιουργία και δήλωςη ερωτήματοσ stmt = conn.createstatement(); String sql= "SELECT id, x(loc), y(loc), message_from_server FROM points"; ResultSet rs = stmt.executequery(sql); System.out.println("Ta dedomena tvn xrhstvn opws yparxoun sth vash dedomenwn:"); //Εξαγωγή δεδομένα από το result set while(rs.next()){ //εξάγουμε το id (πρετεύον κλειδί ςτη ΒΔ) του ςημείου int id = rs.getint("id"); //παίρνουμε τη x ςυντεταγμένη του ςημείου int x = rs.getint("x(loc)"); //παίρνουμε τη y ςυντεταγμένη του ςημείου int y = rs.getint("y(loc)"); //εξάγουμε το μήνυμα εφόςον υπάρχει που πρόςθεςε ο server String mes= rs.getstring("message_from_server"); //Εκτύπωςη δεδομένων από τη βάςη System.out.print("ID: " + id); System.out.print(", x: " + x); System.out.print(", y: " + y); System.out.println(", Message from server: " + mes); //Εκτύπωςη δεδομένων ςτον ςυςτατικό jtable ςτο παράθυρο jtable1.getmodel().setvalueat(id,a, 0 ); jtable1.getmodel().setvalueat(x,a, 1 ); jtable1.getmodel().setvalueat(y,a, 2 ); jtable1.getmodel().setvalueat(mes,a, 3 ); a++;} rs.close(); stmt.close(); conn.close();

77 Παξάξηεκα Β SSL implementation Η ρξήζε SSl ζε κηα εθαξκνγή ππνζηεξίδεη ηνλ κέγηζην βαζκφ αζθάιεηαο θαζψο ηα δεδνκέλα πνπ κεηαθέξνληαη είλαη θξππηνγξαθεκέλα κε ςεθηαθά πηζηνπνηεηηθά. Γηα λα παξαβηάζεη θάπνηνο ηελ αζθάιεηα πξέπεη λα ζπάζεη ηνλ αιγφξηζκν θξππηνγξάθεζεο. Δίλαη γλσζηφ φκσο πσο αθφκα θαη αλ θάπνηνλ γλσξίδεη πνηνλ αιγφξηζκν ρξεζηκνπνηνχκαη επεηδή πξφθεηηαη γηα κφλφδξνκεο ζπλαξηήζεηο φζα δείγκαηα θξππηνγξαθεκέλσλ δεδνκέλσλ έρεη ζε ζπλδπαζκφ κε ηα πξαγκαηηθά δεδνκέλα δελ είλαη δπλαηφλ λα αλαθαιχςεη ηε ζχλδεζε κεηαμχ ηνπε, θαη επέθηαζε θαη ηνλ ηξφπν λα αλαθηήζεη ηα πξνζηαηεπκέλα δεδνκέλα. ηε παξνχζα εξγαζία δεκηνπξγήζεθαλ ηα απαξαίηεηα πηζηνπνηεηηθά θαη ζηε ζπλέρεηα ρξεζηκνπνηήζεθαλ θαηάιιεια απφ ην θπξησο πξφγξακκα γηα ηε δεκηνπξγία αζθαιψλ θαλαιηψλ. Γηα ηε ζσζηή ρξήζε ηεο SSL ρξεηάζηεθε ε πιήξεο έθδνζε NetBeans, θαη ε Java EE + JDK παθέην απφ ηε SUN θαζψο ην ηειεπηαίν ππνζηεξίδεη ηα SSL θιεηδηά θαη ηελ παξαγσγή ςεθηαθψλ πηζηνπνηεηηθψλ. Οη απαξαίηεηεο βηβιηνζήθεο πνπ ρξεζηκνπνηήζεθαλ είλαη νη εμήο: import javax.net.ssl.sslserversocket; import javax.net.ssl.sslserversocketfactory; import javax.net.ssl.sslsocket; Δπίζεο απαηηείηαη ε ρξήζε ηνπ εξγαιείνπ ηεο Java, keytool (ζπκπεξηιακβάλεηαη ζηελ Java EE + JDK, πνπ αλαθέξζεθε πξσηχηεξα). Πξνηνχ παξαζέζνπκε ηνλ πεγαίν θψδηθα δεκηνπξγίαο αζθαινχο θαλαιηνχ θαη ηνλ ηξφπν πνπ ηα δεδνκέλα κεηαθηλνχληαη, ζα δείμνπκε πσο δεκηνπξγνχκε έλα πηζηνπνηεηηθφ κε ην εξγαιείν keytool γηα ηνλ client, πξνθεηκέλνπ λα έρεη πξφζβαζε ζηνλ trusted server. Γηα λα δεκηνπξγήζνπκε έλα πηζηνπνηεηηθφ πξψηα πξέπεη λα δεκηνπξγήζνπκε έλα key store, ην νπνίν ζα ρξεζηκνπνηείηαη απφ ηνλ server γηα λα ππνζηεξίδεη ηηο αζθαιείο ζπλδέζεηο κε ηνλ client. Όπσο ζα δείηε παξαθάησ δεηάκε λα δεκηνπξγεζεί έλα αξρείν κε φλνκα server.key θαη αιγφξηζκν θξππηνγξάθεζεο ηνλ RSA, ην νπνίν ζα θηινμελεί ηα keystore δεδνκέλα. Δηζάγνπκε πιεξνθνξίεο γηα ην πνηνη είκαζηε, ηνλ νξγαληζκφ καο, ηελλ ηνπνζεζία θνθ. Ο θσδηθφο αζθαιείαο πνπ παξέρνπκε γηα πξφζβαζε ζην keystore κπνξεί λα είλαη ν ίδηνο κε ηνλ θσδηθφ γηα ην θιεηδί. Όηαλ ζα «ηξέμεη» ν server, πξέπεη λα ελεκεξψζνπκε ην πξφγξακκα κε ηνλ θσδηθφ αζθαιείαο ηνπ θιεηδηνχ θαη ηελ ηνπνζεζία ηνπ keystore, πξνθεηκέλνπ λα έρεη πξφζβαε ζηα θαηάιιεια δεδνκέλα ν Server.

78 Δηθόλα 40: Γεκηνπξγία keystore O client επίζεο ρξεηάδεηαη έλα keystore. Δάλ ν client βξίζθεηαη ζηνλ ίδην θάθειν κε ηνλ server κπνξνχκε λα ρξεζηκνπνηήζνπκε ην ίδην keystore πνπ δεκηνπξγήζακε γηα ηνλ server. Ωζηφζν πξφθεηηαη γηα κηα απίζαλε πεξίπησζε θαζψο ππφ θπζηνινγηθέο ζπλζήθεο ν server βξίζθεηαη θάπνπ απνκαθξπζκέλνο θαη απαηηείηαη ζχλδεζε κε απηφλ ζε δηθηπαθφ επίπεδν. Έηζη ρξεηάδεηαη λα απνθηήζνπκε ην επίζεκν πηζηνπνηεηηθφ απφ ηνλ Server, θαη λα ην απνζεθεχζνπκε ζηε ζπλέρεηα ηνπηθά ζην keystore ηνπ client. Παξαθάησ δεκηνπξγνχκε έλα αξρείν πηζηνπνηεηηθνχ. Παξέρνληαο ηνλ ζσζηφ θσδηθφ αζθαιείαο δεκηνπξγείηαη έλα αξρείν κε φλνκα server.cer, ην νπνίν απνηειεί δεκφζηα πιεξνθνξία θαη παξέρεηαη ζε φπνηνλ επηζπκεί λα έρεη κηα αζθαιή ζχλδεζε κε ηνλ εμππεξεηεηή. Δηθόλα 41: Γεκηνπξγία file certificate

79 ηε ζπλέρεηα αθνχ «θαηεβάζνπκε» ην ελ ιφγσ αξρείν, κπνξνχκε λα ην κεηαηξέςνπκε ζε έλα keystore απφ ηελ πιεπξά ηνπ client. Δηθόλα 42: Πξζζήθε αξρείνπ πηζηνπνηεηηθνύ ζηελ πιεπξά ηνπ client Απφ απηή ηε ζηηγκή, κπνξεί λα επηηεπρζεί κηα αζθαιήο ζχλδεζε κεηαμχ ηνπ πξνγξάκκαηνο καο θαη ηνπ Server. Παξαθάησ δίλεηαη ν θψδηθαο φηαλ ην πξφγξακκα ζπλδέεηαη γηα λα απνζηείιεη ηελ παξάκεηξν αλσλπκίαο θαη ην αλαγλσξηζηηθφ γηα λα δεκηνπξγεζεί ε ASR. Απφ ηελ πιεπξά ηνπ client: try { String host; Integer port; //Δήλωςη του μονοπατιού όπου έχουμη δημιουργήςει τα πιςτοποιτικά αυθεντικοποίηςησ System.setProperty("javax.net.ssl.trustStore", "c:/ssl_examples/client.key"); System.setProperty("javax.net.ssl.keyStore", "c:/ssl_examples/client.key"); System.setProperty("javax.net.ssl.keyStorePassword", "123456"); // τιμέσ για host και port host = "localhost"; port = 9119; //Δημιουργία του socket που υποςτηρίζει ssl SSLSocketFactory sslsocketfactory =(SSLSocketFactory) SSLSocketFactory.getDefault(); SSLSocket sslsocket =(SSLSocket) sslsocketfactory.createsocket(host, port); // Δημιουργία αντικειμένων για έξοδο δεδομένων προσ τον server PrintWriter outsid = new PrintWriter(new OutputStreamWriter (sslsocket.getoutputstream())); PrintWriter outsk = new PrintWriter(new OutputStreamWriter