Privacy aware collaborative traffic monitoring via anonymous access and autonomous location update mechanism

Abstract

İşbirlikçi Trafik İzleme, İTİ, sistemleri trafik durumunun geniş çaplı resmini oluşturmak amacıyla kullanıcılardan bilgi toplarlar. Kullanıcılardan gelen hız ve yönleriyle beraber konum bilgilerini yorumlayan bu sistemler, karşılık olarak istenilen bölgelerdeki trafik durumu hakkında rapor gönderirler. İTİ sistemlerinin konuşlandırılması için iki temel yaklaşım vardır. İlk yaklaşım özel iletişim altyapısı'na (ÖA) dayanır. Araştırmacılar tarafından halen incelenmekte olan bu yaklaşımın henüz önemli bir konuşlandırması bulunmamaktadır. Diğer yaklaşım ise kullanıcılar ve trafik sunucusu arasındaki iletişim için Wi-Fi, GSM ve GPRS gibi mevcut iletişim altyapılarını (MA) kullanır.Konum bilgisinin hassasiyeti nedeniyle, ÖA ve MA yaklaşımlarının her ikisi için de farklı gizlilik koruma teknikleri ileri sürülmüştür. ÖA yaklaşımında mahlas kullanarak anonim erişim sağlamaya önem veriliyordu. MA yaklaşımında ise aynı alan veya zaman dilimi içerisindeki k farklı kullanıcı arasından belirli bir kullanıcının kimliğini saklamak için geri kalan k-1 kullanıcı perdeleme görevi görür. Yer veya zaman dilimi bilgisinin genelleştirilmesini sağlayan perdeleme yöntemi sayesinde, geriye kalan k-1 kullanıcı aynı genelleştirilmiş değerlere sahip olmaktadır. Ne yazık ki, perdeleme yöntemi verilerin kalitesini düşürmekte ve perdelenmiş yer veya zaman dilimi bilgisinin belirlenmesi için Güvenilir Üçüncü Parti'ye (GÜP) ihtiyaç duymaktadır.Bu tezde, VANET'lerin ve mevcut altyapıların gizlilik ve güvenlik özelliklerini gözeten bir Gizlilik Bilinçli İşbirlikçi Trafik İzleme (GB-İTİ) sistemi öneriyoruz. GB-İTİ mevcut altyapılara dayanan bir istemci sunucu mimarisi ile gizliliği artırmak için (1) anonim erişim için güçlü bir Hileye Dayanıklı Mahlas Sağlama Sistemi , HDMSS, kullanır. Kullanıcılar mahlaslarını değiştirebildiklerinden dolayı izledikleri yörüngeyi trafik sunucularından saklayabiliyorlar; (2) Güvenilir Üçüncü Parti'ye ihtiyaç duymayan ve konum güncelleme veya mahlas değişikliği için sadece yerel parametrelerden (hız ve yön) faydalanan orjinal bir Özerk Yer Güncelleme Mekanizması (ÖYGK) kullanır. Performans sonuçlarımıza gore HDMSS yüksek düzeyde anonimlik ile beraber hile saldırılarına karşı güçlü bir direnç sağladığını gösterdi. Aynı zamanda, performans sonuçları ÖYGK'nın gizlilik ve hizmet bakımından trafik izleme için etkili olduğunuda gösterdi.

Collaborative Traffic Monitoring, CTM, systems collect information from users in the aim of generating a global picture of traffic status. Users send their location information including speed and directions, and in return they get reports about traffic in certain regions. There are two major approaches for the deployment of CTM systems. The first approach relies on dedicated communication infrastructure (DI). This approach is still being investigated by researchers and there is no important deployments done yet. The other approach utilizes existing communication infrastructures (EI) such as Wi-Fi, GSM, and GPRS for communication between users and traffic server.Due to the sensitivity of location information, privacy preserving mechanisms should be considered during the design of CTM systems. In this thesis, we propose a Privacy Aware Collaborative Traffic Monitoring System (PA-CTM) that considers the privacy and security properties of VANETs and existing infrastructures. PA-CTM provides a client server architecture that relies on existing infrastructures and enhances privacy by (1) Using a robust Collusion Resistant Pseudonym Providing System, CoRPPS, for anonymous access. Users are able to change their pseudonyms and hence hide their complete trajectory information form traffic server; (2) Utilizing a novel Autonomous Location Update Mechanism, ALUM, that does not rely on a Trusted Third Party and uses only local parameters (speed and direction) for triggering a location update or pseudonym change. Our performance results showed that CoRPPS provides a high level of anonymity with strong resistant against collusion attacks. Performance results also showed that ALUM is effective for traffic monitoring in terms of both privacy and utility.