88、分布式环境中的上下文敏感隐私管理

分布式环境中的上下文敏感隐私管理

在当今数字化时代，隐私保护变得至关重要，尤其是在分布式环境中。本文将介绍一种基于无线传感器网络（WSN）的平台，该平台集成了WSN技术（特别是Zigbee）和互联网技术，用于健康和生活方式支持应用。

1. 隐私要求

隐私保护要求的推导遵循以下三个步骤：
1. 分析相关源文档 ：分析如Directive 95/46/EC、Directive 2002/58/EC、OECD隐私指南、HIPPA隐私规则等相关源文档，以推导出通用隐私要求。
2. 映射到应用场景 ：将通用要求映射到具体应用场景，以推导出系统级隐私要求。
3. 映射到平台 ：将系统级隐私要求映射到平台，以推导出平台级隐私要求。这些映射用于提供隐私要求的可追溯性。

以下是一些平台级隐私要求的示例：
- PR1：平台应能够识别患者的健康信息。
- PR2：平台应允许清除私人数据。
- PR3：平台应确保隐私相关数据在所有通信路径上的保密性。
- PR4：平台应确保隐私相关数据在所有通信路径上的完整性。

2. 系统概述

系统主要由三个逻辑组件组成：智能节点、网关和服务终端。
- 智能节点 ：小型设备，具有有限的计算能力、无线网络功能和低能耗。用于在两种网络中收集数据：身体传感器网络（BSN）和家庭区域网络（HAN）。
- BSN：由可穿戴传感器节点（如心率传感器或计步器）组成。
- HAN：集成测量环境参数的节点，如光强度、温度、湿度等。
- 网关 ：具有更强计算能力的设备，配备WSN接口和IP接口。数据由专用应用程序在网关上收集，应用程序使用Web服务来披露收集的数据。
- 服务终端 ：能够从网关接收数据并提供相关服务的逻辑设备。系统组件是逻辑的，因此终端和网关可能位于同一物理设备上。

所有支持该系统的设备都托管一个为应用程序提供通用服务的软件层（中间件）。系统的参考架构如下所示：

graph LR
    classDef process fill:#E5F6FF,stroke:#73A6FF,stroke-width:2px;

    A(智能节点):::process -->|无线传感器网络| B(网关):::process
    B -->|IP网络| C(服务终端):::process
    D(网络服务):::process --> B
    E(中间件服务):::process --> B
    F(应用服务):::process --> B
    G(应用程序):::process --> F
    H(平台API):::process --> B
    I(导入/导出):::process --> B
    J(传感器接口):::process --> A

3. 隐私子系统架构

隐私管理机制的概念验证实现包括以下模块：
- 隐私规则模块 ：负责构建隐私矩阵，允许用户操作矩阵，确定隐私规则（canAccess’函数），并将规则分发给网关。
- 上下文管理模块 ：负责管理用户上下文，包括管理当前上下文的更改。在当前实现中，上下文切换由用户完成，但也可以委托给自动上下文检测机制。
- 隐私关系模块 ：管理接收者类别及其与用户的关系。
- 隐私执行模块 ：负责执行隐私策略，接收上述三个模块的输出。

尽管安全子系统未在架构图中显示，但隐私子系统在多个方面依赖于它，如用户和数据接收者认证、安全通信等。

4. 隐私相关信息

隐私子系统模块需要从其他子系统、用户输入或系统配置文件中获取适当的信息。
- 应用描述符 ：以XML文件的形式提供应用程序的隐私属性信息。示例如下：

<?xml version="1.0" encoding="utf-8" ?>
<gw-application id="101" name="DemoGWApp" version="1.0">
    <description>Application for testing purposes</description>
    <published-methods>
        <method name="getUserInformation1">
            <data-categories>
                <data-category>User Information 1</data-category>
            </data-categories>
            <receiver-purpose-groups>
                <receiver-purpose-group>
                    <receiver-role>User Information 1 Role</receiver-role>
                    <processing-purpose>User Information 1 Purpose 1</processing-purpose>
                </receiver-purpose-group>
            </receiver-purpose-groups>
        </method>
    </published-methods>
</gw-application>

• 系统配置信息 ：由配置服务提供。
• 接收者信息 ：由用户服务提供，用于将接收者映射到接收者类别。

5. 隐私子系统部署

• 隐私规则和隐私关系模块 ：部署在名为服务中心（SC）的特定服务终端上，用户通过Web门户与这些模块交互。
• 上下文管理模块 ：部署在SC和网关上。在SC上，它与隐私规则模块集成；在网关上，它集成到中间件库中，并通过专用应用程序提供用户界面。网关上的上下文管理模块仅支持当前上下文的切换，上下文切换信息从SC广播到所有相关网关。
• 隐私执行模块 ：部署在网关上，作为平台的一部分。它执行两个主要任务：
• 收集隐私配置数据。
• 为应用程序提供隐私决策。

隐私配置数据从SC分发给网关，隐私决策通过一组库函数提供：
- isLocalAllowed ：网关应用程序在处理任何请求之前调用，检查从隐私角度是否允许处理该请求。
- isRemoteAllowed ：网关应用程序在调用任何远程Web服务之前调用，检查从隐私角度是否允许该调用。

6. 案例研究

为了验证该解决方案，进行了一个案例研究。案例中的用户Tom订阅了该系统，安装了传感器来监控家庭环境，并使用个人设备来支持锻炼。他非常关注隐私，并希望控制私人数据的披露。

案例中区分了以下接收者类别：朋友、家人、教练、医生和旁观者。研究考虑了各种与隐私相关的场景，并在相关会议上进行了测试和评估，得到了积极的评价。

以下是案例研究的主要组件和流程：
| 组件 | 描述 |
| ---- | ---- |
| 服务中心 | 管理隐私规则和关系 |
| 固定网关 | 收集和处理数据 |
| 无线传感器 | 收集环境和身体数据 |
| 无线控制灯 | 可根据数据进行控制 |
| 服务终端 | 显示数据和提供服务 |

graph LR
    classDef process fill:#E5F6FF,stroke:#73A6FF,stroke-width:2px;

    A(无线温度传感器):::process -->|数据| B(固定网关):::process
    C(无线光传感器):::process -->|数据| B
    D(计步器):::process -->|数据| B
    B -->|数据| E(服务中心):::process
    B -->|显示数据| F(电视):::process
    B -->|数据| G(PDA设备):::process
    B -->|数据| H(桌面计算机):::process
    I(无线控制灯):::process <-->|控制信号| B

通过这个案例研究，我们可以看到该系统在实际应用中能够有效地管理用户的隐私，同时提供必要的服务。在不同的场景下，系统能够根据用户的隐私策略来控制数据的披露，满足用户对隐私保护的需求。

分布式环境中的上下文敏感隐私管理

7. 相关工作

在分布式环境的隐私管理领域，已经有许多相关的提议，部分还考虑了上下文依赖的问题。以下是一些相关解决方案及其对上下文的定义：
| 解决方案 | 上下文定义 |
| ---- | ---- |
| PeCAN | 一组适用于当前状态的用户信念（以原子断言和规则表示），与访问的网站、用户角色和参与的事务相关 |
| DPM | 由传感器测量确定 |
| TLC - PP | 预定义的一组隐私上下文（称为情况）以及预定义的一组“奖励”（披露私人数据可能获得的满足） |
| PRIME | 关于感兴趣实体的信息以及交易发生环境的任何环境参数 |
| Prime Life | 与PRIME类似，考虑上下文对访问私人数据的影响 |
| MUPPS | 用户访问特定网站时的隐私情况特征（包括交易类型、时间、用户位置等） |
| PERSIST | 用户上下文被视为描述用户的一组属性（包括位置、时间和使用的服务等） |

这些解决方案大多侧重于分布式环境中电子商务场景下的隐私管理，而本文的解决方案更关注用户处于配备无线设备的智能环境中的情况，重点在于找到一种适用于资源受限环境的有效机制。与DPM不同，本文的隐私相关决策是分布式的；与PERSIST相比，本文的解决方案更具体，可能在效率上有所提升。

8. 解决方案的特点总结

该解决方案具有以下显著特点：
1. 上下文确定方法中立 ：不依赖特定的上下文确定方法，只要上下文已知并作为机制的参数即可。
2. 上下文相关的隐私策略 ：用户的隐私策略明确根据不同上下文对向不同接收者类别披露私人数据设置限制。
3. 当前上下文确定 ：假设在任何系统状态下，每个用户的当前上下文都是确定的。
4. 分布式机制 ：为每个节点实现私人数据披露控制功能，确保与数据所有者的隐私策略一致。
5. 资源高效 ：每个节点仅维护支持本地决策所需的信息，减少资源消耗。
6. 对应用透明 ：机制隐藏在平台中，应用只需在通过接口释放数据前调用适当的中间件函数。

从可扩展性来看，该机制主要取决于以下因素：
- 数据接收者数量（nr）
- 网关上部署的接口数量（ni）
- 上下文数量（nc）

网关存储的信息量与这些因素相关（所需存储大小与nr * ni * nc成正比）。但在实际应用中，nr和ni通常不会成为可扩展性的障碍，因为部署更多应用的网关通常会配备更多资源。然而，如果使用自动上下文管理方案导致上下文数量大幅增加，可能会对可扩展性产生影响。

9. 机制的适应性和局限性

该机制能够适应一些配置变化，如添加或删除网关上的应用程序、添加或删除网关以及接收者集合的变化等。但这些变化需要在配置数据中得到适当表示，这在完全动态的环境中可能会限制机制的适用性。

10. 未来发展方向

为了进一步完善该解决方案，未来可以考虑以下发展方向：
1. 不同上下文管理方法的适用性研究 ：研究该机制对不同上下文管理方法的适用性，特别是去除上下文相互排斥假设的影响。
2. 扩展到智能节点级别 ：在最初的项目中曾考虑在智能节点级别提供隐私控制机制，但由于智能节点不披露数据的决策而未进一步研究，未来可以重新探讨这一可能性。
3. 隐私策略定义方案的灵活性提升 ：当前的隐私策略定义方案在案例研究中表现良好，但在接收者类别和数据类型较多的情况下可能难以管理。可以引入数据接收者类别和私人数据类型的分类法，帮助用户更简洁地表达隐私策略。

综上所述，该分布式环境中的上下文敏感隐私管理解决方案在隐私保护方面具有诸多优势，能够在资源受限的环境中有效运行。通过不断的研究和改进，有望进一步提升其性能和适用性，为用户提供更可靠的隐私保护。

graph LR
    classDef process fill:#E5F6FF,stroke:#73A6FF,stroke-width:2px;

    A(当前解决方案):::process -->|研究不同上下文管理方法| B(提升适用性):::process
    A -->|扩展到智能节点级别| C(增强隐私控制范围):::process
    A -->|提升隐私策略定义灵活性| D(适应更多场景):::process

通过以上的发展方向，该解决方案将不断进化，更好地满足分布式环境中用户对隐私管理的需求。