69、COP：迈向儿童在线隐私保护的一步

COP：迈向儿童在线隐私保护的一步

在当今数字化时代，儿童在线隐私保护成为了行业从业者和政府机构关注的焦点。COP（Children Online Protection）作为一种轻量级的客户端解决方案，为儿童在线隐私保护提供了有效的途径。

1. COP的主要贡献

• 提供轻量级客户端解决方案 ：COP致力于保护儿童的在线隐私，是一款专门设计的客户端Web浏览器扩展。
• 满足COPPA要求 ：在收集儿童个人信息之前，通过实施可验证的家长同意机制，确保符合《儿童在线隐私保护法案》（COPPA）的要求。
• 平衡隐私保护与数据可用性 ：借助隐私保护数据挖掘（PPDM）的概念，实现了儿童隐私保护与收集数据集可用性之间的平衡。
• 评估保护效果 ：对COP在儿童在线注册过程中保护私人信息的有效性进行了评估。

2. COP的设计与实现

2.1 用户类型与权限

COP定义了两种用户类型：家长用户和儿童用户。这两种用户在COP的操作中具有不同的访问权限。
- 家长用户 ：在安装阶段，只有具有管理员权限的家长用户才能在计算机上安装COP，并设置家长密码，以防止COP被修改或禁用。安装完成后，COP作为浏览器扩展运行，家长用户可以通过输入密码验证身份并访问COP的设置。
- 儿童用户 ：COP对儿童用户保持透明，儿童用户只能看到COP提示的禁止注册某些网站的警告信息。

2.2 系统设计概述

以下是COP的系统设计流程：

graph LR
    A[家长安装、配置并激活COP] --> B[COP开始监控出站流量]
    B --> C{儿童尝试注册网站}
    C -->|是| D[浏览器发送HTTP请求]
    D --> E[服务器返回注册表单页面]
    E --> F[儿童填写表单并提交]
    F --> G[COP拦截提交信息]
    G --> H[COP进行数据扰动]
    H --> I[COP通知家长]
    I --> J[网站发送隐私政策]
    J --> K[COP拦截隐私政策并展示给家长]
    K --> L[注册完成，COP记录网站信息和扰动后的数据]
    C -->|否| M[继续监控]

当儿童尝试在网站上注册时，浏览器会发送HTTP请求，服务器返回包含注册表单的页面。儿童填写表单并提交后，COP会拦截该提交信息，并对注册信息进行数据扰动。同时，COP会根据家长的偏好，立即或在预先选择的时间通知家长。网站收到注册信息后，若符合COPPA要求，会发送隐私政策，该政策也会被COP拦截并展示给家长。注册完成后，COP会记录网站名称和提交的扰动信息。

2.3 隐私偏好设置

COP为每个网站建立一个隐私偏好条目，而不是采用简单的允许或禁止网站收集个人数据的规则。每个偏好条目表明该网站可以收集和不能收集的个人信息类别，这些类别由COPPA定义，如“姓名”、“年龄”、“出生日期”等。
- 预定义条目 ：部分条目是预定义的。
- 自动生成条目 ：当首次访问某个网站时，COP会自动生成该网站的隐私偏好条目。
- 默认政策 ：对于未知网站，COP将应用默认政策。

家长可以通过COP的设置界面，添加已知的网站并为每个网站设置相应的政策。通过勾选复选框，家长可以指定哪些类别的儿童信息应在发送给网站之前进行扰动。

2.4 隐私保护数据扰动

COP将个人信息视为一组隐私指标，而不是单个信息。为了实现隐私保护，COP采用了隐私保护数据扰动的概念，生成看似真实的数据来替代包含受保护个人信息的用户输入。
- 避免注册失败 ：与阻止用户输入不同，数据扰动可以避免注册失败。Web服务器通常会对用户输入进行广泛的验证检查，数据扰动可以提供通过这些检查而不提供个人信息的解决方案。
- 保留数据统计特性 ：在不违反COPPA的前提下，允许网站为自身目的分析收集的数据，同时保护用户隐私。

然而，在COP中引入数据扰动也面临一些挑战：
- 处理多种数据类型 ：需要处理多种不同类型的数据，如数值、字符串和枚举类型，没有单一的算法适用于所有类型的数据。
- 满足验证约束 ：扰动后的数据需要满足服务器的验证检查。
- 保持数据一致性 ：不同扰动数据之间可能存在冲突，需要保持一致性。
- 部分信息无法自动生成 ：某些个人信息，如电子邮件地址，不能自动生成，因为虚假的电子邮件账户将无法支持用户与网站之间的进一步通信。

为了解决这些挑战，COP借鉴了PPDM中的一些方法，包括加法扰动、乘法扰动和概率失真。以下是不同数据类型的扰动方法示例：
| 数据类型 | 数据项 | 潜在扰动方法 | 格式 | 特殊说明 |
| ---- | ---- | ---- | ---- | ---- |
| 数值（非格式） | 年龄 | 1. 遵循特定预定义分布；2. ϵ，正态分布（μ = 1，σ = 0.5）。α = (Age × ϵ)mod13，若≥6，R(Age) = α，否则R(Age) = α + 6 | 6 ∼ 12 | 1. 假设已知6到12岁的年龄分布；2. 乘法扰动 |
| 数值 | 电话号码 | 保留区号，生成其他7位数字 | 123 - XXX - XXXX | 特定规则 |
| 数值 | SSN编号 | 随机扰动 | XXX - XX - XXXX | 特定规则 |
| 数值 | 出生日期 | 1. 年份必须与年龄相符；2. 月份和日期遵循年龄的扰动 | XX - XX - (>1996) | - |
| 数值 | ZIP代码 | 保留前3位，扰动后2位 | 021XX | 与地址一致 |
| 数值 | 信用卡号 | 遵循CCN规则，随机扰动或使用预定义数据集 | 16或15位 | - |
| 字符串 | 姓名 | 从特定数据集中选择，如卡通名字 | 米老鼠 | - |
| 字符串 | 用户名 | 除非使用真实姓名，否则不扰动 | - | - |
| 字符串 | 地址 | 保留州名，更改门牌号、街道名和城市名 | 1234，测试街道，假城市，PA | 若家长定义，城市名可保留 |
| 字符串 | 电子邮件 | 更改为家长的电子邮件地址 | - | - |
| 枚举 | 性别 | 以概率a%更改 | - | - |

2.5 解析用户输入

COP旨在尽量减少对用户正常Web活动的干扰，因此在解析用户输入时，需要首先区分在线注册网页和其他网页。
- 非注册页面 ：COP会跟踪每个用户输入，并将输入内容与预先存储的个人信息进行比较。如果匹配且输入字段要求提供个人信息，COP会将该输入字段视为潜在的隐私泄露风险，并对用户输入进行扰动。
- 注册页面 ：COP不仅会跟踪和比较用户输入，还会考虑输入内容的数据类型。如果输入是字符串且与存储的字符串个人信息（如姓名、地址和电子邮件）匹配，或者输入是有格式的数值且与特定个人信息（如ZIP、信用卡号、电话号码等）匹配，则将其视为个人信息并进行扰动。对于无格式的数值输入，如果与预存储的年龄信息匹配，COP会根据标签和id/name属性来判断是否为用户年龄输入，若是则进行扰动以保护隐私。

此外，即使输入内容与任何个人信息都不匹配，但输入字段的标签或id/name表明该字段要求提供用户年龄，且儿童可能为了访问受限内容而说谎时，COP会将输入扰动为小于13的数字，以防止儿童说谎。

2.6 对儿童保持透明

为了保护13岁以下儿童的童真，COP的设计目标之一是对儿童保持数据扰动操作的不可见性。
- 数据扰动处理 ：解析用户输入后，COP生成扰动数据并标记输入字段，但不立即更改其内容。只有在提交操作触发时，COP才会将标记的内容替换为扰动后的数据并提交表单。
- 处理用户名问题 ：在正常情况下，COP不会干扰用户名，因为用户名通常不被COPPA视为个人信息。但当儿童使用真实姓名作为用户名登录时，COP会随机扰动该真实姓名，可能导致登录失败。为了解决这个问题，COP实现了日志记录功能。当儿童访问已记录在日志中的网站时，COP会查找该网站的相关扰动数据，并在需要时使用这些数据，而不是创建新的扰动数据。

2.7 可验证的家长同意

COPPA要求在收集、使用和/或披露儿童个人信息之前，网站运营商必须获得儿童家长的可验证同意。COP会执行家长设置的隐私偏好，无论网站的政策如何，COP都准备好批准网站的政策并发布家长预先批准的信息。目前，COP尚未实现自动向Web服务器提供家长同意的功能，但在实际应用中，具有年龄审查机制的网站通常会直接向家长获取同意，常见的做法是通过发送电子邮件让家长点击链接进行批准。

2.8 浏览器扩展实现

COP被实现为Firefox扩展（Firefox版本2.0.0.20）。安装过程包括三个重要步骤：
1. 设置密码 ：用于识别家长用户，在允许修改COP配置之前进行身份验证。
2. 指定隐私偏好 ：家长可以在COP的设置面板中添加已知的网站，并为每个网站设置相应的隐私政策。通过勾选复选框，家长可以指定哪些类别的儿童信息应在发送给网站之前进行扰动。
3. 填写儿童信息 ：这些信息将作为解析用户输入的参考。

通过以上设计和实现，COP为儿童在线隐私保护提供了一个全面、有效的解决方案，在保护儿童隐私的同时，尽可能减少对儿童正常Web活动的影响。

3. COP有效性评估

COP作为儿童在线隐私保护的解决方案，其有效性至关重要。以下从几个方面对COP的有效性进行评估：

3.1 隐私保护效果

• 数据扰动的保护 ：通过采用隐私保护数据扰动的方法，COP能够有效掩盖儿童的真实个人信息。例如，在处理年龄信息时，采用乘法扰动等方式，使得网站难以从扰动后的数据中恢复出儿童的真实年龄。对于其他数据类型，如姓名、地址等，也能通过相应的扰动策略，降低信息泄露的风险。
• 家长同意机制 ：可验证的家长同意机制确保了在收集儿童个人信息之前，获得了家长的许可。虽然目前自动提供家长同意的功能尚未实现，但网站通常会直接向家长获取同意，这在一定程度上保障了儿童信息收集的合法性和合规性。

3.2 对儿童正常活动的影响

• 注册成功率 ：数据扰动的设计避免了因直接阻止用户输入而导致的注册失败问题。Web服务器的验证检查可以通过扰动后的数据通过，使得儿童能够顺利完成注册，同时不泄露个人信息。
• 透明性保障 ：COP对儿童保持透明，数据扰动操作在后台进行，不影响儿童的正常操作体验。日志记录功能解决了用户名扰动可能导致的登录失败问题，进一步减少了对儿童正常活动的干扰。

3.3 与COPPA的合规性

• 隐私偏好设置 ：COP为每个网站建立隐私偏好条目，符合COPPA对儿童个人信息收集、使用和披露的要求。家长可以根据自己的意愿，精确控制哪些类别的儿童信息可以被网站收集，确保了在合规的前提下，实现个性化的隐私保护。
• 数据处理合规 ：在数据扰动过程中，COP遵循COPPA的规定，在不违反法规的情况下，允许网站对收集的数据进行分析，同时保护儿童的隐私。

4. 潜在攻击与应对措施

虽然COP在设计上采取了多种措施来保护儿童在线隐私，但仍然可能面临一些潜在的攻击，以下是一些常见的潜在攻击及相应的应对措施：

潜在攻击类型	攻击描述	应对措施
数据恢复攻击	攻击者试图从扰动后的数据中恢复出儿童的真实个人信息	COP采用的扰动方法，如加法扰动、乘法扰动和概率失真，使得在单个数据条目下，攻击者难以恢复真实信息。同时，网站通常只有每个儿童的一个数据条目，进一步降低了数据恢复的可能性
绕过家长同意攻击	攻击者试图绕过家长同意机制，直接收集儿童个人信息	COP严格执行家长设置的隐私偏好，只有在获得家长同意的情况下才允许信息的收集。网站的年龄审查机制和直接向家长获取同意的做法，也增加了攻击者绕过同意机制的难度
数据一致性攻击	攻击者利用扰动数据之间的冲突，干扰注册过程或获取更多信息	COP在数据扰动过程中，会尽量保持各种扰动数据之间的一致性。例如，在处理电话号码和ZIP代码时，会考虑地理信息的一致性，减少因数据冲突导致的问题

5. COP的局限性与未来工作

5.1 局限性

• 部分信息处理困难 ：某些个人信息，如电子邮件地址，不能自动生成，需要手动更改为家长的电子邮件地址。这在一定程度上限制了COP的自动化程度，并且可能会影响儿童与网站之间的正常通信。
• 自动批准功能缺失 ：目前COP尚未实现自动向Web服务器提供家长同意的功能，虽然在实际应用中这并非总是必要的，但在一些场景下可能会增加家长和儿童的操作负担。
• 数据类型适应性 ：尽管COP借鉴了多种数据扰动方法，但仍然难以完全适应所有可能的数据类型和格式，特别是一些复杂的数据结构。

5.2 未来工作

• 完善信息处理能力 ：研究如何更好地处理像电子邮件地址这样的特殊信息，实现更自动化的信息生成和管理，提高COP的适应性和易用性。
• 实现自动批准功能 ：开发自动向Web服务器提供家长同意的功能，减少人工操作，提高信息收集的效率。
• 优化数据扰动算法 ：进一步优化数据扰动算法，提高对各种数据类型和格式的处理能力，增强数据的安全性和一致性。

6. 总结

COP作为一种轻量级的客户端解决方案，为儿童在线隐私保护提供了有效的途径。通过定义不同的用户类型和权限、采用隐私保护数据扰动、实现可验证的家长同意机制等一系列措施，COP在保护儿童隐私的同时，尽可能减少了对儿童正常Web活动的影响。虽然目前COP还存在一些局限性，但通过未来的工作和改进，有望进一步提高其性能和功能，为儿童提供更可靠的在线隐私保护。

以下是COP的整体工作流程总结：

graph LR
    A[家长安装、配置COP] --> B[COP监控流量]
    B --> C{儿童尝试注册网站}
    C -->|是| D[解析用户输入]
    D --> E[数据扰动]
    E --> F[通知家长]
    F --> G[处理网站隐私政策]
    G --> H[完成注册并记录信息]
    C -->|否| B

通过以上的设计、评估和改进，COP将不断发展和完善，为儿童在线隐私保护做出更大的贡献。希望更多的人关注儿童在线隐私问题，共同为儿童创造一个安全、健康的网络环境。