本發(fā)明涉及移動通信技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種小小區(qū)頻譜拍賣的用戶隱私保護(hù)機(jī)制構(gòu)建方法。

技術(shù)背景

小小區(qū)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)被認(rèn)為是一種解決當(dāng)前移動數(shù)據(jù)流量爆炸式增長的手段之一，也是移動通信技術(shù)演進(jìn)及下一代移動通信網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)之一。小小區(qū)是一種低功率的無線接入節(jié)點(diǎn)可以覆蓋10米到200米的范圍。如今運(yùn)營商均開始使用小小區(qū)來擴(kuò)展覆蓋范圍和提升網(wǎng)絡(luò)容量，尤其是用在諸如商業(yè)中心或者學(xué)校區(qū)域等通信數(shù)據(jù)流量大的繁忙地區(qū)進(jìn)行分流。

頻譜拍賣作為一種有效的頻譜資源分配方式，通過拍賣，將頻譜資源分配給拍賣中報(bào)價(jià)最高的用戶，該用戶的最高報(bào)價(jià)反映了用戶本身所具有的經(jīng)濟(jì)實(shí)力以及經(jīng)濟(jì)地位。因此，頻譜資源分配給該用戶能夠創(chuàng)造更大的經(jīng)濟(jì)利潤，從而保證了頻譜資源的最大使用效率。頻譜拍賣是近年來新興起的理論，將具有頻譜需求的小小區(qū)看作經(jīng)濟(jì)學(xué)中的買家，擁有頻帶授權(quán)的宏基站作為賣家的拍賣行為。當(dāng)小小區(qū)中的移動終端需要使用頻段時(shí)，通過拍賣獲得授權(quán)頻帶的使用權(quán)。采用頻譜拍賣機(jī)制可以有效優(yōu)化分配頻譜資源的使用效率，同時(shí)為宏基站提供收益，提升其共享頻譜資源的積極性。

盡管研究動態(tài)頻譜拍賣算法機(jī)制的文章已有不少，但是針對頻譜拍賣安全問題的研究卻沒有受到人們的足夠重視。作為一種涉及到用戶錢財(cái)交易的應(yīng)用，動態(tài)頻譜拍賣機(jī)制本身的安全問題對協(xié)議的普及極為重要，安全機(jī)制的疏漏不僅會對拍賣的公平性造成影響，還可能對用戶的人身財(cái)產(chǎn)造成傷害。具體來說，如果錢款交易的通信不受保護(hù)，用戶的賬戶和密碼就會有被盜竊的危險(xiǎn)；如果沒有良好的用戶驗(yàn)證機(jī)制，惡意用戶就可以很容易地侵入到系統(tǒng)中，對其他合法用戶造成威脅；惡意用戶也可以通過偽造數(shù)據(jù)包等手段對其他用戶和拍賣方進(jìn)行欺騙，為自己帶來違反的收益。除此之外，如果用戶和拍賣方之間的通信不受到加密和保護(hù)，用戶的隱私信息很可能遭到泄露，進(jìn)一步威脅到用戶的人身財(cái)產(chǎn)安全。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是如何加強(qiáng)小小區(qū)頻譜拍賣過程中對用戶的隱私信息的保護(hù)。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供的技術(shù)方案是一種小小區(qū)頻譜拍賣的用戶隱私保護(hù)機(jī)制構(gòu)建方法，包括有以下步驟：

步驟1：建立一個(gè)小小區(qū)頻譜拍賣的系統(tǒng)模型，以授權(quán)用戶作為賣方擁有m個(gè)授權(quán)頻帶，記為α={1，2，…，m}，存在n個(gè)小小區(qū)作為買方集合，記為β={1，2，…，n}，拍賣開始時(shí)，拍賣方公布m個(gè)授權(quán)頻帶的拍賣信息；

步驟2：準(zhǔn)備拍賣階段，將每個(gè)用戶的干擾域都視為邊長為的正方形，正方形的中心是用戶所在的節(jié)點(diǎn)，每個(gè)用戶的地理位置表示為二元坐標(biāo)假設(shè)所有的位置信息坐標(biāo)都是非負(fù)整數(shù)，考慮到隱藏節(jié)點(diǎn)問題，用戶和用戶的通信會互相干擾當(dāng)且僅當(dāng)且；

步驟3：每個(gè)從用戶計(jì)算出自己位置坐標(biāo)分量的前綴家庭集合和同時(shí)將干擾域區(qū)間和轉(zhuǎn)換為前綴集合和；

步驟4：每個(gè)從用戶將所有的前綴集合數(shù)值化，其求出，，，；

步驟5：使用密鑰，所有的競標(biāo)者將自己已經(jīng)數(shù)值化了的前綴集合用hmac進(jìn)行加密，將復(fù)合函數(shù)表示為，競標(biāo)者計(jì)算出，，，的值，并將它們提交給拍賣方；

步驟6：拍賣方利用下面兩個(gè)條件檢驗(yàn)任意兩個(gè)不同用戶和之間是否存在干擾：

如果上式兩個(gè)條件同時(shí)成立，則且，拍賣方就能得出結(jié)論：用戶和相互干擾，兩者不能同時(shí)使用同一個(gè)信道，因此生成一個(gè)的干擾矩陣：

式中為干擾矩陣，則表示第i個(gè)小小區(qū)和第j個(gè)小小區(qū)相互之間的干擾情況；

其中當(dāng)，則表示第i個(gè)小小區(qū)和第j個(gè)小小區(qū)相互之間存在干擾，不能同時(shí)使用同一頻帶，反之，則表示小小區(qū)之間無干擾；

步驟7：假設(shè)競標(biāo)價(jià)格存在最大上限，且將這個(gè)值表示為，在拍賣機(jī)制的初始階段，可信第三方ttp會產(chǎn)生兩個(gè)加密密鑰和，并將它們分發(fā)給每個(gè)從用戶，密鑰是用戶運(yùn)行hmac加密算法使用的密鑰，而是可信第三方的對稱密鑰，密鑰對除了次級用戶和可信第三方外的含拍賣方在內(nèi)的其他機(jī)構(gòu)保密；

步驟8：每個(gè)次級用戶首先將自己的所有競標(biāo)價(jià)格，以及對應(yīng)的上限區(qū)間進(jìn)行前綴轉(zhuǎn)換，并使用密鑰進(jìn)行hmac加密，得到以及，然后將這些加密數(shù)據(jù)和用密鑰加密的競標(biāo)價(jià)格一起提交給拍賣方；

步驟9：拍賣方集齊了所有次級用戶的競價(jià)信息后，嘗試找出每組競標(biāo)價(jià)格中的最大值，此價(jià)格對于組內(nèi)其他任意競價(jià)都滿足下述條件：

如果上式成立，則任意價(jià)格都有，為最大競標(biāo)價(jià)格；由于競標(biāo)價(jià)格是加密的，拍賣方無法知道次級用戶具體的競價(jià)數(shù)值，但卻能通過上述方法正常執(zhí)行拍賣算法，確定拍賣贏家；

步驟10：根據(jù)干擾矩陣和最終的贏家分配頻帶。

采用本發(fā)明的技術(shù)方案可得到有益效果：

1）引入拍賣方式進(jìn)行資源分配，即提升了頻譜利用率，又保障無線網(wǎng)絡(luò)的通信質(zhì)量；

2）通過對用戶競標(biāo)價(jià)格和位置信息進(jìn)行加密，可以有效防止惡意用戶竊聽用戶的隱私，使拍賣過程更加透明有效。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，不僅提高了頻譜資源的分配效率還提高了頻譜拍賣的安全性能，具有廣闊的應(yīng)用前景。

附圖說明：

圖1為小小區(qū)頻譜拍賣的系統(tǒng)示意圖；

圖2用戶競價(jià)示意圖；

圖3為本發(fā)明流程圖；

圖4為本發(fā)明實(shí)施流程圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明內(nèi)容作進(jìn)一步詳細(xì)說明，但不是對本發(fā)明的限定。

圖1示出了本發(fā)明的小小區(qū)頻譜拍賣的系統(tǒng)，當(dāng)小小區(qū)需要獲得授權(quán)頻帶進(jìn)行通信時(shí)，扮演買家的角色向宏基站進(jìn)行購買，購買的形式由負(fù)責(zé)聯(lián)通眾多小小區(qū)和宏基站的拍賣方負(fù)責(zé)進(jìn)行拍賣。

在介紹本發(fā)明實(shí)施流程之前，首先介紹一下隱私保護(hù)競價(jià)子協(xié)議。隱私保護(hù)競價(jià)子協(xié)議包括兩部分：加密位置信息提交機(jī)制和加密競標(biāo)價(jià)格提交機(jī)制。這兩個(gè)機(jī)制都建立在前綴從屬關(guān)系驗(yàn)證機(jī)制的基礎(chǔ)上。這個(gè)機(jī)制的基礎(chǔ)思想是將確認(rèn)一個(gè)數(shù)據(jù)是否在一個(gè)范圍之內(nèi)的步驟轉(zhuǎn)換為多次驗(yàn)證兩個(gè)數(shù)據(jù)是否相同的過程。

圖2為用戶競價(jià)示意圖。

假設(shè)有四個(gè)次級用戶競標(biāo)一個(gè)信道，他們分別出價(jià){6,10,0,5}。假設(shè)為14，即出價(jià)的最大值為14，那么這四個(gè)用戶所提交的競標(biāo)價(jià)格前綴家庭集合和與之對應(yīng)的區(qū)域前綴集合如下圖所示。當(dāng)獲得了用戶的加密競價(jià)數(shù)據(jù)之后，拍賣方會檢查每一對前綴家庭集合和區(qū)域前綴集合中是否存在共有元素。這里，10的前綴家庭集合與6,0,5的區(qū)域前綴集合都擁有相同的元素10100，因此我們就可以確定10是最大的競標(biāo)價(jià)格。在另一方面，6的前綴家庭集合與5的區(qū)域前綴集合都存在01110這個(gè)元素，但是在6的前綴家庭集合中找不到與10的區(qū)域集合相等的元素，故6小于10，大于5。

基于前綴從屬關(guān)系驗(yàn)證機(jī)制原本是運(yùn)用在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中判斷兩個(gè)數(shù)據(jù)是否相等的關(guān)系驗(yàn)證，也有相關(guān)文獻(xiàn)在頻譜拍賣中提到過，但是并沒有運(yùn)用到具體的場景中去，本發(fā)明把這種關(guān)系驗(yàn)證機(jī)制運(yùn)用到小小區(qū)頻譜拍賣中，提高了整個(gè)拍賣過程的安全性能，保護(hù)用戶的隱私安全。

圖3示出了為本發(fā)明流程圖。

包括以下步驟：

步驟1建立一個(gè)小小區(qū)頻譜拍賣的系統(tǒng)模型；

步驟2準(zhǔn)備拍賣階段；

步驟3每個(gè)從用戶計(jì)算出自己位置坐標(biāo)分量的前綴家庭集合同時(shí)將干擾域區(qū)間轉(zhuǎn)換為前綴集合；

步驟4每個(gè)從用戶將所有的前綴集合數(shù)值化；

步驟5競標(biāo)者使用密鑰將自己已經(jīng)數(shù)值化了的前綴集合進(jìn)行加密，并將它們提交給拍賣方；

步驟6拍賣方利用條件公式檢驗(yàn)任意兩個(gè)不同用戶之間是否存在干擾：

步驟7可信第三方會產(chǎn)生兩個(gè)加密密鑰并將它們分發(fā)給每個(gè)從用戶；

步驟8每個(gè)次級用戶將自己的競標(biāo)價(jià)格進(jìn)行加密將這些加密數(shù)據(jù)提交給拍賣方；

步驟9拍賣方集齊了所有次級用戶的競價(jià)信息后，嘗試找出每組競標(biāo)價(jià)格中的最大值，確定拍賣贏家；

步驟10根據(jù)干擾矩陣和最終的贏家分配頻帶。

圖4示出了本發(fā)明實(shí)施流程。

s201開始程序。

s202拍賣方向小小區(qū)用戶發(fā)布頻譜拍賣信息。設(shè)授權(quán)用戶作為賣方擁有m個(gè)授權(quán)頻帶，記為α={1，2，…，m}，存在n個(gè)小小區(qū)作為買方集合，記為β={1，2，…，n}。拍賣開始時(shí)，拍賣方公布m個(gè)授權(quán)頻帶的拍賣信息。

s203判斷是否存在買家。如果沒有檢測到有購買意愿的買家，則跳轉(zhuǎn)至s209，結(jié)束程序。

s204可信第三方（ttp）向小小區(qū)用戶分發(fā)密鑰，小小區(qū)用戶向ttp提交加密后的競標(biāo)價(jià)格和位置信息?？尚诺谌礁鶕?jù)小小區(qū)用戶提交的信息建立小小區(qū)之間干擾關(guān)系，建立一個(gè)的干擾矩陣：

式中為干擾矩陣，則表示第i個(gè)小小區(qū)和第j個(gè)小小區(qū)相互之間的干擾情況。

其中當(dāng)，則表示第i個(gè)小小區(qū)和第j個(gè)小小區(qū)相互之間存在干擾，不能同時(shí)使用同一頻帶，反之，則表示小小區(qū)之間無干擾。

s205可信第三方ttp把得到的用戶信息進(jìn)行再次加密，加密的密鑰除了用戶和可信第三方ttp沒有其他人知道，連拍賣方都不能對之解密，這樣就可以防止被惡意用戶攻擊。

s206拍賣方獲得所有用戶的競價(jià)信息以后，得出贏家，為其分配信道。把贏家的信息提交給ttp，ttp根據(jù)貪婪算法計(jì)算出最終的競價(jià)價(jià)格。

s207買家支付對應(yīng)的價(jià)格。

s208判斷資源分配完畢與否。當(dāng)每一個(gè)頻段拍賣后，更新買家集合n：n=n-1，更新每個(gè)小小區(qū)分配干擾用戶集合a和可用頻帶集合f，重復(fù)步驟3、步驟4，直到小小區(qū)集合，由此，得到分配矩陣：

式中為分配矩陣，為第n個(gè)小小區(qū)對第m個(gè)授權(quán)頻帶的分配情況。

當(dāng)小小區(qū)集合，則回到s203。

s209結(jié)束拍賣。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，不僅提高了頻譜資源的分配效率還提高了頻譜拍賣的安全性能，具有廣闊的應(yīng)用前景。

以上結(jié)合附圖和實(shí)施過程對本發(fā)明作出了詳細(xì)說明，但本發(fā)明不局限于所描述的實(shí)施方式。對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，在不脫離本發(fā)明的原理和精神的情況下,對這些實(shí)施方式進(jìn)行各種變化、修改、替換和變型仍落入在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。