面向社會網(wǎng)絡(luò)的個性化隱私策略定義與實(shí)施

王媛，孫宇清，馬樂樂,2

（1. 山東大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，山東 濟(jì)南 250101；2. 中國科學(xué)院，北京100190）

1 引言

在線社會網(wǎng)絡(luò)服務(wù)為用戶提供了信息互動、共享、交友的平臺。通過社會網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，用戶可以創(chuàng)建個人主頁、上傳照片、發(fā)表日志、評論等，實(shí)現(xiàn)與朋友、家人信息分享；甚至幫助用戶尋找志趣相同的新朋友、提供商務(wù)資訊分享、發(fā)現(xiàn)潛在合作對象等。隨著社會網(wǎng)絡(luò)的普及和發(fā)展，社交網(wǎng)站存儲了大量用戶個人數(shù)據(jù)，如Facebook中存儲了約有9億注冊用戶的屬性信息，包括：姓名、年齡、工作經(jīng)歷等；同時每日產(chǎn)生約30億的個人數(shù)據(jù)包括網(wǎng)絡(luò)鏈接、日志、博客、照片等[1]。社會網(wǎng)絡(luò)中用戶的隱私保護(hù)主要是對用戶不愿意完全公開的個人數(shù)據(jù)的保密，如敏感的屬性信息，涉及個人隱私的數(shù)據(jù)資源以及用戶間關(guān)系等。在線社會網(wǎng)絡(luò)中的隱私保護(hù)是當(dāng)前數(shù)據(jù)安全研究領(lǐng)域的一個熱點(diǎn)問題。

在開放性的社會網(wǎng)絡(luò)中，用戶既是自己數(shù)據(jù)的資源擁有者，同時又是其他用戶資源的訪問請求者，而服務(wù)提供方則是資源管理者。社會網(wǎng)絡(luò)的這些特點(diǎn)使得用戶存放在社會網(wǎng)絡(luò)上的個人數(shù)據(jù)具有可擴(kuò)展性和動態(tài)性，資源訪問者具有不確定性和靈活性，因此，面向社會網(wǎng)絡(luò)隱私保護(hù)方案需要滿足以下要求。

1) 個性化隱私策略：支持用戶定義滿足其隱私偏好的數(shù)據(jù)訪問規(guī)則；

2) 一致性授權(quán)：由于隱私策略定義的靈活性容易出現(xiàn)邏輯上的不一致，需要對隱私策略進(jìn)行一致性驗(yàn)證，保證隱私策略正確、有效執(zhí)行；

3) 策略可實(shí)施性：能夠依據(jù)用戶的個性化隱私策略實(shí)施有效的、細(xì)粒度的訪問控制；

4) 自動推理：通過規(guī)則的邏輯推理，解決大量未知用戶的訪問請求問題以及動態(tài)資源的授權(quán)管理問題，實(shí)現(xiàn)自動、靈活的訪問控制；由于數(shù)據(jù)資源的動態(tài)性、多樣性，引起用戶隱私偏好是變化、復(fù)雜的，需要制訂策略一致性推理規(guī)則，實(shí)現(xiàn)策略沖突的自動化檢測。

在社會網(wǎng)絡(luò)中，普遍采用的隱私保護(hù)方法是基于策略的授權(quán)管理，根據(jù)用戶參與策略制定程度的不同，可以分為3類：默認(rèn)的隱私設(shè)置，是由社交網(wǎng)站預(yù)先提供給用戶的隱私設(shè)置，它能夠保證用戶基本的隱私安全，但不能滿足不同用戶多樣式、個性化的隱私保護(hù)需求；自適應(yīng)的隱私設(shè)置[2,3]，是社交網(wǎng)站通過分析抽取的用戶輸入、特征信息以及上下文環(huán)境等信息，自動推理出用戶的隱私設(shè)置，其隱私設(shè)置的準(zhǔn)確性取決于抽取信息的精確性以及與用戶的直接交互，與用戶交互越多，推理的用戶隱私意愿越準(zhǔn)確，但是對大量未知、可變的隱私數(shù)據(jù)頻繁交互，會造成用戶的負(fù)擔(dān)，不能滿足用戶自動、靈活的訪問控制需求；自定義的隱私設(shè)置，是基于社交網(wǎng)站設(shè)計(jì)的訪問控制模型，用戶根據(jù)自身需求完成的隱私配置。目前，主要的訪問控制模型有：基于角色的訪問控制模型(RBAC)[4]，通過預(yù)先設(shè)定角色（基本角色、好友角色、群組角色）以及對應(yīng)的訪問權(quán)限（對社會網(wǎng)絡(luò)內(nèi)公開的內(nèi)容，對好友公開的內(nèi)容、對群組內(nèi)公開的內(nèi)容）實(shí)現(xiàn)資源的訪問控制，這種方法主要針對確定用戶群體的環(huán)境，不能解決社會網(wǎng)絡(luò)中未知用戶和動態(tài)資源的訪問授權(quán)問題?；趯傩缘脑L問控制模型(ABAC)[5,6]，較好地解決了這一問題，授權(quán)表示為基于屬性的規(guī)則集合，通過主體屬性、客體屬性及環(huán)境屬性約束實(shí)現(xiàn)開放式環(huán)境中動態(tài)訪問控制。如面向電子圖書館的授權(quán)模型實(shí)施基于資源內(nèi)容和用戶屬性的動態(tài)訪問控制[7]，改變傳統(tǒng)的基于用戶身份的權(quán)限分配，適合于開放環(huán)境中匿名用戶訪問請求和動態(tài)資源的授權(quán)管理。但是這種模型僅適用于資源擁有者和資源管理者是一體的情況，由管理者制定訪問控制策略，不適用于社會網(wǎng)絡(luò)中資源擁有者和資源管理者分離的情況，不能滿足社會網(wǎng)絡(luò)用戶個性化隱私偏好的需求?；谝?guī)則的訪問控制模型[8]，規(guī)則定義訪問者與資源擁有者之間的關(guān)系類型，最大拓?fù)渚嚯x以及最小信任度等限制條件，只有訪問者證明自己滿足規(guī)則約束條件才能獲得授權(quán)，實(shí)現(xiàn)了基于規(guī)則推理的自動、靈活的訪問控制，提高了資源擁有者對資源傳播的控制能力，但是由于規(guī)則數(shù)量眾多，容易產(chǎn)生策略沖突，該模型缺乏策略一致性驗(yàn)證，不能保證一致性授權(quán)和策略的有效實(shí)施?；谑跈?quán)規(guī)則的RBAC模型(RB-RBAC)[9]，在RBAC模型的基礎(chǔ)上增加了用戶屬性和權(quán)限分配規(guī)則2個概念，實(shí)現(xiàn)了動態(tài)角色—權(quán)限分配，但該模型不滿足社會網(wǎng)絡(luò)中用戶自定義隱私策略的需求，以及缺少授權(quán)規(guī)則的管理和規(guī)則沖突的解決。

在隱私策略分析與驗(yàn)證方面，現(xiàn)有研究工作主要針對封閉環(huán)境中策略分析，如基于模型檢測方法針對角色訪問控制的管理系統(tǒng)(ARBAC)中的策略沖突，自動驗(yàn)證是否存在不滿足安全屬性約束（如職責(zé)分離約束）的可達(dá)系統(tǒng)狀態(tài)[10,11]。這些方法不適用于開放的動態(tài)隱私策略的社會網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。另一種可視化隱私策略評估系統(tǒng)[12]，分析社會網(wǎng)絡(luò)中的隱私策略，從訪問者角度進(jìn)行隱私評估，通過可視化技術(shù)幫助用戶理解隱私策略的含義以及作用效果，但這種方法僅驗(yàn)證隱私策略的執(zhí)行效果，并沒有分析可能出現(xiàn)的隱私策略沖突。綜上，現(xiàn)有研究尚缺乏從策略定義、分析與驗(yàn)證，到策略動態(tài)實(shí)施的完整過程。

針對上述不足，本文提出了支持個性化隱私偏好的授權(quán)模型，采用基于一階邏輯的隱私偏好描述方法，支持用戶自定義個性化的動態(tài)隱私策略，借助邏輯編程方法進(jìn)行自動化的策略一致性分析，并實(shí)施基于推理規(guī)則的訪問授權(quán)，開發(fā)了面向社會網(wǎng)絡(luò)的個性化隱私策略管理和實(shí)施中間件Privacy Holder，實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了模型的可行性，并分析自動化策略沖突檢測的執(zhí)行效率。本文其余部分組織如下：第2節(jié)給出個性化隱私策略描述和授權(quán)模型；第3節(jié)討論隱私策略沖突形式；第4節(jié)實(shí)現(xiàn)隱私策略一致性驗(yàn)證；第5節(jié)介紹系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)以及實(shí)驗(yàn)分析；第6節(jié)總結(jié)全文和提出未來工作。

2 支持個性化隱私偏好的授權(quán)模型

2.1 基本概念

隱私策略主要是由主體、客體、動作以及權(quán)限授權(quán)需要滿足的約束條件等組成。主體是指發(fā)起對資源訪問請求操作動作的用戶，即訪問者，所有的主體集合表示為US。客體是指訪問者試圖訪問的秘密資源，所有的客體集合表示為RS。根據(jù)資源類型的不同，分為屬性信息和數(shù)據(jù)資源，屬性信息是指用戶個人資料如姓名、年齡、性別、身份證號碼、家庭地址和職業(yè)等，數(shù)據(jù)資源是指用戶發(fā)布的個人日記、相冊、視頻和音樂等。動作是指主體在客體上執(zhí)行的操作，如訪問、閱讀，評論，分享等，所有的動作集合表示為ActS。權(quán)限是指在某個客體上操作動作,表示為＜r,a＞，其中r∈RS，a∈ActS，所有權(quán)限的集合表示為PES。

定義1 主體屬性 由屬性名和屬性值組成，是主體基本的屬性信息。

主體屬性包含訪問者的姓名、性別、地址、教育程度、年齡、工作/學(xué)校、愛好等。

定義2 客體標(biāo)簽 由標(biāo)簽名和標(biāo)簽值組成，是對數(shù)據(jù)資源進(jìn)行標(biāo)識的方法。

由于用戶擁有的數(shù)據(jù)資源眾多，為實(shí)現(xiàn)靈活的數(shù)據(jù)資源的分組和細(xì)分，用戶可以為數(shù)據(jù)資源添加“類型”、“時間”、“地點(diǎn)”、“重要程度”等標(biāo)識。

定義3 角色 (簡記為role) 是針對主體屬性需求劃分的用戶分組，通過角色與權(quán)限進(jìn)行關(guān)聯(lián)，隔離主體與權(quán)限直接的邏輯關(guān)系，所有的角色集合表示為RoleS。

定義4 角色層次(簡記為RH) 角色集上定義的一種偏序關(guān)系，定義N組角色（role1,…,rolen），RH?rolei×rolej，rolei∈RoleS，當(dāng)滿足rolei≥rolej時，rolei稱為高級角色，rolej為低級角色，高級角色繼承低級角色的權(quán)限，低級角色繼承高級角色的用戶。

定義5 謂詞(簡記為prd) 描述某個實(shí)體具有某種屬性或者多個實(shí)體之間存在某種關(guān)系，由謂詞名和參數(shù)兩部分組成，表示為Predicate(x1,x2,…,xk)，其中Predicate是謂詞名，xi可以是變量、常量或者是一階謂詞，i=1,…, k，所有的謂詞集合表示為PS。

例如：Is(x.role,'classmate')，表示主體x的角色是同學(xué)；Is(y.tag,'red')，表示客體y的標(biāo)簽是紅色。

定義6 約束 描述訪問授權(quán)需要滿足的基本條件和限制，可以為謂詞或謂詞的邏輯表達(dá)式，表示為：prd1Θ prd2…Θ prdn，其中 Θ表示邏輯與(∧)、或(∨)操作，prdj∈PS，j=1,…,n，表示謂詞。

根據(jù)約束內(nèi)容的不同，約束主要分為以下3類。

1) 主體屬性約束 是指主體的年齡、性別、地址、愛好等約束，所有主體約束集合表示為SAttrC。例如：Larger(x.age,'18')∧Is(x.city,'jinan')，要求訪問者x的年齡大于18歲且所在城市為濟(jì)南；

2) 客體標(biāo)簽約束 是指數(shù)據(jù)資源權(quán)限授權(quán)所需的客體標(biāo)簽條件，所有客體約束集合表示為RtagC。例如：Is(y.type, 'photo')∧Is(y.tag,'party')，表示訪問授權(quán)客體僅為標(biāo)記聚會照片的數(shù)據(jù)資源；

3) 環(huán)境約束 是指系統(tǒng)狀態(tài)、上下文環(huán)境等約束，所有環(huán)境約束集合表示為EC。例如：TimeWithin('8:00AM','6:00PM')表示時間約束[8:00AM, 6:00PM]；particiated(x, 'party')，表示主體x參加過聚會的歷史事件約束；本文將上下文環(huán)境約束用于隱私策略的制定中，使得訪問控制策略具有實(shí)時性以及良好的交互性，進(jìn)一步提高了用戶隱私資源的安全性。

2.2 支持個性化隱私偏好的授權(quán)模型

本文提出支持個性化隱私偏好的授權(quán)模型，對基于角色的訪問控制模型進(jìn)行擴(kuò)展，增加了基于主體屬性的訪問者－角色授權(quán)規(guī)則和基于客體標(biāo)簽的角色—權(quán)限指派規(guī)則，如圖1所示。在模型中，根據(jù)訪問者—角色授權(quán)規(guī)則，滿足主體屬性約束的訪問者獲得角色授權(quán)；根據(jù)角色—權(quán)限授權(quán)規(guī)則，滿足客體標(biāo)簽約束的權(quán)限指派給相應(yīng)角色，同時也包含由角色的層次關(guān)系引起的權(quán)限繼承；最終，用戶通過角色以及角色層次關(guān)系獲得權(quán)限授權(quán)。其相關(guān)規(guī)則定義如下。

圖1 支持個性化隱私偏好的授權(quán)模型

定義7 訪問者—角色授權(quán)規(guī)則(簡記為VR-Rule)：assign_role(u,role)←Q1x1…Qmxm(sc1Θ sc2…Θscn)，其中u∈US，role∈RoleS，Θ 為邏輯與(∧)、或(∨)操作，sci∈SAttrC，i=1,…,n，xj為實(shí)體變量，j=1,…,m，Qi∈{?;?}，?為存在量詞，?為全稱量詞，表示若訪問者u滿足所有主體屬性約束，獲得角色role。

實(shí)例1 assign_role(x, 'friend') ←?xLarger(x.age,'25')∧Is(x.city,'Jinan')∧Is(x.hobby,'swimming') 表示年齡超過25歲且愛好游泳的濟(jì)南人為好友。

定義8 角色—權(quán)限指派規(guī)則(簡記為PR-Rule)：P_assign[D_assign](role,r,a)←Q1x1…Qmxm(re1Θ re2… Θren)，其中role∈RoleS，r∈RS，a∈ActS，Θ 為邏輯與(∧)、或(∨)操作，rei∈{RtagC; EC}，i=1,…,n，xj為實(shí)體變量，j=1,…,m，Qi∈{?;?}，?為存在量詞，?為全稱量詞，P_assign為正授權(quán)，D_assign為負(fù)授權(quán)，表示在環(huán)境約束EC下，滿足所有的客體標(biāo)簽約束的權(quán)限＜r,a＞指派[禁止指派]給角色role。

實(shí)例2 P_assign('friend',y, 'comment')←?y Is(y.type,'photo')∧Is(y.tag,'party')，表示好友可以評論聚會照片。

定義9 隱私策略 同一用戶定義的訪問者—角色授權(quán)規(guī)則和角色—權(quán)限指派規(guī)則的規(guī)則集合。

實(shí)例3 隱私策略={VR-Rule1,PR-Rule1},其中VR-Rule1：assign_role(x,'friend')←?xLarger(x.age,'25')∧Is(x.city,'Jinan') ∧Is(x.hobby,'swimming')；PR-Rule1：P_assign('friend',y, 'comment')←?y Is(y.type,'photo')∧Is(y.tag,'party'). 系統(tǒng)中存儲Alice用戶信息為：name=Alice,age=35, city=Jinan，hobby={swimming, music},客體photo1的標(biāo)簽為：type=photo,tag={party,red}，根據(jù)VR-Rule1用戶Alice授予好友角色，同時資源photo1滿足客體標(biāo)簽約束，則Alice通過好友角色獲得評論照片photo1的權(quán)限。

支持個性化隱私偏好的授權(quán)模型的優(yōu)勢體現(xiàn)在2個方面：一方面采用基于一階邏輯的隱私策略描述語言，滿足用戶的個性化隱私需求，如對資源保護(hù)的細(xì)粒度授權(quán)需求、能夠明確表達(dá)用戶的隱私意愿的明確語義需求、以及支持未明確描述的策略推理授權(quán)等；另一方面實(shí)現(xiàn)了社會網(wǎng)絡(luò)中未知用戶和大量、動態(tài)數(shù)據(jù)資源的訪問控制。通過基于主體屬性約束的角色授權(quán)推理，實(shí)現(xiàn)了自動、動態(tài)的訪問者—角色授權(quán)，解決了社會網(wǎng)絡(luò)中未知用戶的訪問請求問題；由于社會網(wǎng)絡(luò)中用戶擁有的數(shù)據(jù)資源眾多，且經(jīng)常添加、修改，傳統(tǒng)的針對某個具體資源定義授權(quán)變得難以維護(hù)，提出基于客體標(biāo)簽約束的角色—權(quán)限指派規(guī)則，實(shí)現(xiàn)了對大量、動態(tài)資源的權(quán)限指派。

3 隱私策略沖突分析

由于規(guī)則的主體屬性、資源屬性以及動作屬性之間存在重疊或者層次關(guān)系，在制定隱私策略時可能出現(xiàn)邏輯不一致的情況，如在不同的策略中，對相同主體、客體既有正向授權(quán)，又有拒絕授權(quán)（負(fù)授權(quán)），造成隱私策略沖突。根據(jù)策略沖突發(fā)生的原因是否與具體數(shù)據(jù)相關(guān)，可以分為邏輯沖突和實(shí)例沖突。

1) 邏輯沖突指策略定義過程中所出現(xiàn)的邏輯上的不一致，如角色矛盾授權(quán)，是指不同策略對同一角色既有正授權(quán)又有負(fù)授權(quán)的邏輯沖突。

實(shí)例4 隱私策略={VR-Rule1, PR-Rule1, PRRule2}，其中VR-Rule1:assign_role(x,'groupmember')←?xIs(x.project,'mobileApplication')；PR-Rule1:P_assign('groupmember',y, 'read')←?yIs(y.type,'log')∧Is(y.tag,'work')∧TimeWithin('8∶00AM', '6∶00 PM')；PR-Rule2: D_assign('groupmember',y, 'read')←?yIs(y.type,'log') ∧Is(y.tag,'work')∧DayWithin('Saturday', 'Sunday')。VR-Rule1表示參與相同項(xiàng)目的為小組成員；PR-Rule1表示小組成員可以在8：00到18：00查看工作日志；PR-Rule2表示小組成員不能在周末查看工作日志。

另一種典型的邏輯沖突為權(quán)限繼承沖突，是指由角色層次關(guān)系引起蘊(yùn)含授權(quán)與顯式授權(quán)的矛盾，如圖2所示，其中圓形表示角色，方形表示權(quán)限，+P和-P分別表示對相同資源的正、負(fù)授權(quán)，箭頭表示角色層次關(guān)系，實(shí)線表示已經(jīng)存在的角色—權(quán)限指派關(guān)系，虛線表示新增加的角色—權(quán)限指派關(guān)系。根據(jù)權(quán)限在角色層次中的繼承關(guān)系[13]，當(dāng)?shù)图壗巧恢概烧跈?quán)時，按照正授權(quán)由低級角色到高級角色正向傳播，高級角色繼承低級角色的正授權(quán)，如果新增加高級角色的負(fù)授權(quán)，則與低級角色正授權(quán)矛盾，引起策略沖突，如圖2(a)所示；當(dāng)?shù)图壗巧恢概韶?fù)授權(quán)時，新增加高級角色的正授權(quán)，不會引起策略沖突。當(dāng)高級角色被指派負(fù)授權(quán)時，按照負(fù)授權(quán)由高級到低級反向傳播，高級角色對資源的負(fù)授權(quán)一定蘊(yùn)含著低級角色的負(fù)授權(quán)，如果新增加低級角色的正授權(quán)，則與高級角色正授權(quán)矛盾，引起策略沖突，如圖2(b)所示；當(dāng)高級角色存在多個低級角色，并且低級角色之間存在互斥的權(quán)限，如果新增加高級角色的負(fù)授權(quán)，則與低級角色的負(fù)授權(quán)矛盾，引起策略沖突,如圖2(c)所示。

圖2 權(quán)限繼承沖突實(shí)例

實(shí)例5 隱私策略={VR-Rule1,VR-Rule2, PRRule1, PR-Rule2},其中VR-Rule1:assign_role(x,'schoolmate')←?xIs(x.graducate,'ShandongUniversity')；VR-Rule2：assign_role(x,'classmate')←?xIs(x.graducate,'ShandongUniversity ')∧Is(x.class_name,'0122-41')；PR-Rule1: P_assign('schoolmate',y,'tag')←?yIs(y.type, 'log')∧Is(y.tag,'personal');D_assign('classmate',y, 'tag')←?yIs(y.type, 'log')∧Is(y.tag,'personal').VR-Rule1表示畢業(yè)于山東大學(xué)為校友;VR-Rule2表示畢業(yè)于山東大學(xué)且班級名稱為0122-41為同班同學(xué)；PR-Rule1表示校友可以標(biāo)記個人日志；PR-Rule2同班同學(xué)不能標(biāo)記個人日志。根據(jù)VR-Rule1，VR-Rule2可知，同班同學(xué)≥校友，由于角色層次關(guān)系，同班同學(xué)繼承好友角色的正授權(quán)可以標(biāo)記個人日志，但PR-Rule2顯式定義同班同學(xué)不能標(biāo)記個人日志，造成策略沖突。

2) 實(shí)例沖突指就策略定義本身不存在邏輯沖突，但是由于數(shù)據(jù)庫中存在實(shí)例，引起策略沖突條件觸發(fā)而造成的沖突。在支持個性化隱私偏好的授權(quán)模型中，用戶通過VR-Rule和PR-Rule共同作用獲得訪問授權(quán)，在兩種規(guī)則定義過程中，可能存在某個用戶實(shí)例同時滿足兩種角色約束，導(dǎo)致同時適用于兩條相反的策略，造成策略沖突。

實(shí)例6 隱私策略={VR-Rule1,VR-Rule2, PRRule1, PR-Rule2},其中VR-Rule1：assign_role(x,'friend')←?xLarger(x.age,'25') ∧Is(x.city,'Jinan')∧Is(x. hobby,'swimming')；VR-Rule2：assign_role(x,' groupmember')←?xIs(x.project, 'mobileApplication')；PR-Rule1：P_assign('friend',y,'comment')←?y Is(y.type,'photo') Is(y.tag, 'party')；PR-Rule2：D_assign('groupmember', y, 'read')←?y Is(y.type,'photo') Is(y.tag,'red')。VR-Rule1表示年齡超過25歲且有相同愛好的同城人均為好友；VR-Rule2表示參與相同項(xiàng)目的為小組成員；PR-Rule1表示好友可以評論聚會照片；PR-Rule2表示小組成員不能查看標(biāo)記為紅色的照片。系統(tǒng)中存儲Anny用戶信息為name= Anny, age=28,city= Jinan,hobby= {swimming,music}, profession=computer,project= mobileApplication，Anny滿足好友和小組成員2個角色的主體約束條件，同時擁有2個角色；客體photo1的標(biāo)簽為：type= photo, tag ={party, red}，根據(jù)PR-Rule1規(guī)定Anny可以評論照片photo1，但PR-Rule2規(guī)定Anny不能查看照片photo1，引起策略沖突。

4 隱私策略一致性驗(yàn)證

為了有效地分析隱私策略的矛盾，采用邏輯編程的驗(yàn)證方法[14]，使用有較強(qiáng)的邏輯表達(dá)能力和推理能力的Prolog語言作為程序設(shè)計(jì)語言，將用戶定義的隱私策略轉(zhuǎn)化為邏輯形式，通過規(guī)則推理，實(shí)現(xiàn)隱私策略沖突的自動化檢測。其具體過程如圖3所示，分為以下幾步：a. 用戶定義個性化隱私策略；b. 根據(jù)隱私策略，設(shè)計(jì)Prolog形式的訪問授權(quán)推理規(guī)則和策略沖突規(guī)則；c. 借助Prolog API接口實(shí)現(xiàn)用戶對策略授權(quán)指派和策略沖突的查詢；d. 根據(jù)沖突查詢請求，調(diào)用邏輯轉(zhuǎn)化程序?qū)㈥P(guān)系數(shù)據(jù)庫中存放的數(shù)據(jù)和隱私策略轉(zhuǎn)化為Prolog事實(shí)；e. 推理引擎依據(jù)已有的事實(shí)和推理規(guī)則，完成用戶授權(quán)和策略沖突的自動化推理；f. 策略沖突結(jié)果顯示，采用與用戶交互的方式，完成沖突策略的修正。

圖3 隱私策略一致性驗(yàn)證流程

4.1 構(gòu)建事實(shí)庫

事實(shí)是指已經(jīng)存在的實(shí)體和實(shí)體間的關(guān)系，由謂詞名及變量組成。通過邏輯轉(zhuǎn)化程序?qū)?shù)據(jù)庫和策略庫中存儲的關(guān)系數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為Prolog可識別的事實(shí)語句，作為邏輯推理的基礎(chǔ)。其轉(zhuǎn)化過程為：首先，根據(jù)用戶查詢請求，按照不同表格內(nèi)容，從數(shù)據(jù)庫如用戶表、客體標(biāo)簽表、客體表、權(quán)限表等和策略庫如用戶—角色分配表、角色—權(quán)限分配表等提取數(shù)據(jù)。其次，調(diào)用不同表格邏輯轉(zhuǎn)化方法，將提取的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為Prolog事實(shí)語句。例如：用戶表(User_)存儲001號用戶信息為：u_id=001, name=David, age= 23,city=濟(jì)南,online_time=100, graudate=山東大學(xué)，調(diào)用格式轉(zhuǎn)化算法將用戶主體屬性解析為Prolog事實(shí)，表示為user_('001', 'u_id','001').user_('001','name','David').user_('001','age',23).user_('001','city','濟(jì)南').user_('001', 'online_time',100).user_('001','graudate',山東大學(xué))。最后，調(diào)用文件讀寫方法將轉(zhuǎn)化后的邏輯語句寫入Prolog文件中，為推理引擎提供事實(shí)庫。

4.2 設(shè)計(jì)推理規(guī)則

推理規(guī)則描述事實(shí)之間的依賴關(guān)系，形式為：h:-b1,b2,…,bn，其中h為規(guī)則頭，表示規(guī)則的結(jié)論，b1,b2,…,bn為規(guī)則體，表示規(guī)則成立的條件。根據(jù)支持個性化隱私偏好的授權(quán)模型，設(shè)計(jì)Prolog形式推理規(guī)則如下：

1) 訪問者—角色授權(quán)規(guī)則：表示Prolog事實(shí)庫中存在角色Role和用戶名為UserName的訪問者U, 同時訪問者U主體屬性滿足角色Role所有主體屬性約束條件，則訪問者U被授權(quán)角色Role。

2) 角色—權(quán)限指派規(guī)則：角色獲得權(quán)限不僅包含直接的權(quán)限指派，還包含由于角色層次關(guān)系引起的權(quán)限繼承，因此本規(guī)則主要包含3個部分：①直接的權(quán)限指派，permission_limit定義給定標(biāo)簽的客體訪問權(quán)限，object_tag和match查詢標(biāo)簽取值匹配的客體，assign_PER和permission將符合條件的客體訪問權(quán)限賦予制定角色Role；②低級角色Child被指派正授權(quán)，根據(jù)正授權(quán)正向傳播，則高級角色Ancestor繼承低級角色正授權(quán)；③如果高級角色Ancestor被指派正授權(quán)，根據(jù)負(fù)授權(quán)反向傳播，低級角色Child繼承高級角色負(fù)授權(quán)。具體轉(zhuǎn)換規(guī)則如下。

3) 用戶—權(quán)限授權(quán)規(guī)則 表示通過訪問者—角色授權(quán)和角色—權(quán)限指派推理實(shí)現(xiàn)用戶—權(quán)限授權(quán)。

4)匹配規(guī)則 自定義的內(nèi)部函數(shù)match用來判別數(shù)值Value是否在給定的范圍Range之內(nèi)。主要分為以下3種情況進(jìn)行。

情況1 不考慮數(shù)據(jù)類型，數(shù)據(jù)值Value與范圍Range完全相同, match成立。

情況2 判斷數(shù)字類型數(shù)據(jù)匹配關(guān)系

情況3 判斷字符類型數(shù)據(jù)匹配關(guān)系

contain_string([],_).空列表包含于任何的取值范圍

5) 邏輯沖突規(guī)則 通過定義互斥權(quán)限mute PermLimit即在相同客體上同時擁有'grant'和'deny'訪問授權(quán)以及角色—權(quán)限指派規(guī)則role_has_pe，判斷角色是否擁有互斥權(quán)限。

6) 實(shí)例沖突規(guī)則 通過用戶-權(quán)限授權(quán)規(guī)則user_has_permission和給定標(biāo)簽的客體訪問權(quán)限permission_limit定義正、負(fù)授權(quán)，判斷用戶是否擁有互斥權(quán)限。

4.3 策略沖突查詢

通過對Prolog策略沖突規(guī)則的查詢請求分析，完成策略一致性驗(yàn)證，主要包括：直接沖突查詢、個性化定制查詢。直接沖突查詢是指不設(shè)定查詢限制范圍，按照策略沖突推理規(guī)則(5)，(6)，直接進(jìn)行策略沖突的查詢。該查詢只提供了策略沖突檢測結(jié)果，并沒有列舉出策略沖突的原因，為幫助用戶查找策略沖突原因，實(shí)現(xiàn)策略沖突的修正，提供以下2種規(guī)則的查詢。

1) 邏輯沖突路徑規(guī)則：給出用戶—角色授權(quán)沖突發(fā)生的完整授權(quán)路徑，便于用戶獲得邏輯沖突發(fā)生的授權(quán)路徑。

2) 實(shí)例沖突路徑規(guī)則：給出用戶—權(quán)限授權(quán)沖突發(fā)生的完整授權(quán)路徑, 便于用戶獲得實(shí)例沖突發(fā)生的授權(quán)路徑。

由于直接沖突查詢采用枚舉的方式，當(dāng)規(guī)則數(shù)量眾多時執(zhí)行效率低，為此，增加個性化定制查詢，用戶可以自定義查詢限制范圍，實(shí)現(xiàn)了快速驗(yàn)證和準(zhǔn)確定位策略沖突原因。

用戶授權(quán)路徑規(guī)則：給出訪問者授權(quán)的完整路徑，用戶可以根據(jù)自身需要限制某些變量，實(shí)現(xiàn)個性化定制查詢，查找整個授權(quán)中可能存在的策略沖突。

根據(jù)策略沖突類型和策略沖突原因，設(shè)置個性化定制查詢主要包括：

給定用戶的角色查詢query_policy_trace(User,?Role,_,_,_)查詢用戶User承擔(dān)的所有角色，判斷是否包含用戶User不滿足主體屬性約束條件的角色Role，從而斷定用戶—角色授權(quán)規(guī)則是否完備。

給定角色的權(quán)限查詢 query_policy_trace(_,Role,?PermissionLimit,_,_) 查詢角色Role授權(quán)的所有權(quán)限，包括2個方面：1)直接的權(quán)限授權(quán)；2)由于角色層次關(guān)系引起的權(quán)限繼承，判斷是否存在邏輯沖突。

給定客體的角色查詢 query_policy_trace(_,?Role,_,Object,Action)查詢對于資源Object可以執(zhí)行動作Action的所有角色，判斷是否包含不滿足客體標(biāo)簽約束條件的權(quán)限＜Object,Action＞被指派給角色Role，從而斷定角色-權(quán)限指派規(guī)則是否完備。

給定用戶的權(quán)限查詢 query_policy_trace (User,_,?PermissionLimit,_,_)查詢用戶User授權(quán)的所有權(quán)限，實(shí)現(xiàn)對用戶授權(quán)結(jié)果的分析，判斷是否存在實(shí)例沖突。

5 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)與數(shù)據(jù)分析

5.1 面向社會網(wǎng)絡(luò)的個性化隱私策略管理和實(shí)施中間件

為了將支持個性化隱私偏好的授權(quán)模型有效地集成到現(xiàn)有的社會網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，本文設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了個性化隱私策略管理和實(shí)施中間件Privacy Holder，允許用戶定義個性化的細(xì)粒度隱私策略、進(jìn)行隱私策略一致性驗(yàn)證和實(shí)施基于隱私策略的訪問控制，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖4所示。主要組成部分：用戶屬性庫、資源屬性庫、環(huán)境屬性庫、Prolog知識庫、隱私策略庫、策略管理模塊、策略分析模塊、策略評估模塊等，其中用戶屬性庫存在用戶主體屬性信息，資源屬性庫存放資源屬性信息以及資源標(biāo)簽，環(huán)境屬性庫存放上下文環(huán)境信息，Prolog知識庫存放Prolog形式的訪問授權(quán)規(guī)則、策略沖突規(guī)則以及轉(zhuǎn)化后的Prolog事實(shí)，隱私策略庫存放一致性的隱私策略。

1) 策略管理模塊：實(shí)現(xiàn)個性化的隱私策略定義。主要功能包括：通過創(chuàng)建角色，新建角色以及角色層次關(guān)系；通過創(chuàng)建資源標(biāo)簽，添加數(shù)據(jù)資源標(biāo)簽；通過用戶—角色授權(quán)，其定義界面如圖5(a)所示，定義角色主體約束條件的取值范圍完成角色指派；通過角色—權(quán)限指派，其定義界面如圖5(b)所示，定義客體約束條件、授權(quán)動作以及授權(quán)角色完成權(quán)限指派；同時提供以上定義的修改、刪除功能。

圖4 面向社會網(wǎng)絡(luò)的個性化隱私策略管理和實(shí)施中間件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

圖5 隱私策略管理與沖突檢測系統(tǒng)界面

2) 策略分析模塊：實(shí)現(xiàn)自動化的策略沖突檢測，其檢測界面如圖5(c)所示。主要功能包括：規(guī)則解析部分，將用戶隱私策略、數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)自動解析為Prolog事實(shí)，并將結(jié)果存儲到Prolog文件中。規(guī)則查詢分析部分，用戶根據(jù)預(yù)先定義的策略沖突規(guī)則進(jìn)行查詢分析請求，根據(jù)查詢結(jié)果判斷策略是否滿足一致性，并對沖突的策略提示修正，保證策略的正確執(zhí)行。

3) 策略評估模塊：實(shí)現(xiàn)基于策略的訪問控制。當(dāng)訪問者發(fā)出對某資源訪問請求時，查詢主體屬性、資源屬性、環(huán)境屬性等信息，將訪問者主體屬性與主體屬性約束進(jìn)行匹配得到訪問者角色，遍歷角色集合的授權(quán)權(quán)限，提取數(shù)據(jù)庫中有關(guān)訪問資源的信息，與權(quán)限集合中客體屬性、標(biāo)簽進(jìn)行匹配，如果匹配成功則資源對訪問者開放，并進(jìn)行指定的操作，否則拒絕訪問者的請求，并將訪問評估結(jié)果反饋給訪問者。

系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫主要由用戶信息表(User)、角色表(Role)、客體標(biāo)簽表(Object_tag)、客體表(Object)、動作表(Action)、權(quán)限表(Permission_Limit)以及用戶—角色分配表(U-R)、角色-權(quán)限分配表(R-P)組成。通過用戶—角色分配表映射出用戶表與角色表一對一、一對多以及多對多的關(guān)系，同理，角色—權(quán)限分配表也映射出角色表與權(quán)限表一對一、一對多以及多對多的關(guān)系，其數(shù)據(jù)庫E-R圖如圖6所示。

5.2 數(shù)據(jù)分析

Privacy Holder系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)環(huán)境為CPU：IntelPentium(R) 1.86GHZ，內(nèi)存：512M，軟件環(huán)境：Windows XP，開發(fā)語言：java，開發(fā)工具：MyEclipse+Sql2000，推理工具：tuProlog，引用java-Prolog接口：tuPrologIDE。

針對沖突查詢的不同方式，首先測試用戶數(shù)量對查詢性能的影響。假設(shè)用戶信息表設(shè)置10項(xiàng)主體屬性，按照每增加10名用戶為一組進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，每組查詢進(jìn)行50次測試，計(jì)算其查詢時間的平均值，共進(jìn)行10輪，得到實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖7(a)所示。其中直接沖突查詢是指不設(shè)定查詢限制范圍直接對實(shí)例沖突規(guī)則進(jìn)行查詢，即conflict(User,Object,Aciton)，用虛線表示，個性化定制查詢是指限制某些變量對用戶授權(quán)路徑規(guī)則進(jìn)行查詢，即conflict(User,picture1,Aciton)，限制Object=picture1，用直線表示。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：隨著用戶數(shù)量的增加，直接沖突查詢時間呈線性增長，因?yàn)橹苯記_突查詢采用枚舉方式進(jìn)行檢測，用戶數(shù)量增加，枚舉查詢的數(shù)量也相應(yīng)增加，導(dǎo)致其查詢時間快速增長；個性化定制查詢相比直接沖突查詢執(zhí)行效率高，因?yàn)閭€性化定制查詢限制某些變量，能夠快速定位策略沖突原因，且受用戶數(shù)量因素影響較小。

圖6 系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫E-R圖

圖7 系統(tǒng)查詢性能分析

其次，測試資源數(shù)量對查詢性能的影響。選定用戶數(shù)量為100，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖7(b)所示，其中直接沖突查詢?yōu)閏onflict(User,Object, Aciton)，用虛線表示，個性化定制查詢query_policy_trace(User, Role, PermissionLimit, Object,Action)，限制User=Anny，用直線表示。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：隨著資源數(shù)量的增加，直接沖突查詢時間先線性增長后逐漸平穩(wěn)，因?yàn)樵撃Ｐ偷脑L問授權(quán)是針對于滿足客體標(biāo)簽所有資源的授權(quán)，不是針對于某個資源的授權(quán)，雖然資源數(shù)量增加，但滿足客體標(biāo)簽約束的資源確定時，其策略沖突查詢時間會相對穩(wěn)定；個性化定制查詢相比直接沖突查詢執(zhí)行效率高，且受資源數(shù)量因素影響小。

最后，測試在個性化定制查詢中不同限定條件的情況下，用戶數(shù)量對查詢性能的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖7(c)所示。其中限制3個變量的查詢，即query_policy_trace('Anny',Role,PermissionLimit,'picture1','讀')，表示限制3個查詢條件：User=Anny, Object=picture1, Action=讀，其查詢時間用實(shí)線表示，限制一個查詢條件，即query_policy_trace(User, Role,Perm_limit,'picture1',Action)，表示限制一個查詢條件Object=diary1，其查詢時間用虛線表示。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：個性化定制查詢執(zhí)行效率高，且限制查詢條件越多，查詢性能越好。

6 結(jié)束語

本文通過支持個性化隱私偏好的授權(quán)模型實(shí)現(xiàn)靈活的、實(shí)用的隱私策略定義，滿足用戶個性化隱私策略需求；針對隱私策略可能出現(xiàn)的沖突進(jìn)行分析，采用Prolog邏輯編程方法實(shí)現(xiàn)自動化的策略一致性分析，為了克服規(guī)則數(shù)量大而造成的分析效率低下，采用個性化定制查詢方式，實(shí)現(xiàn)快速驗(yàn)證和準(zhǔn)確定位策略沖突原因；開發(fā)了面向社會網(wǎng)絡(luò)的個性化隱私策略管理和實(shí)施中間件Privacy Holder，通過可視化的界面，方便非專業(yè)用戶實(shí)現(xiàn)策略定義與一致性分析。下一步工作將綜合考慮資源層次關(guān)系帶來的策略沖突，進(jìn)一步擴(kuò)展隱私策略一致性規(guī)則，實(shí)現(xiàn)資源多層次的隱私策略沖突檢測。

[1] Facebook fact sheet and statistics[EB/OL]. https://www.facebook.com/press/info.php?statistics, 2011.

[2] SQUICCIARINI A, PACI F, SUNDARESWARAS N. PriMa: an effective privacy protection mechanism for social networks[A]. Proceedings of the 5th ACM Symposium on Information, Computer and Communications Security[C]. Beijing, China, 2010. 320-323.

[3] WANG T, SRIVATSA M, LIU L. Fine-grained Access control of personal data[A]. ACM Symposium on Access Control Models and Technologies[C].Newark, New Jersey, USA, 2012. 145-156.

[4] LI J, TANG Y, MAO C, etal. Role based access control for social network sites[A]. Proceedings of Joint Conferences on Pervasive Computing[C]. Taiwan, China, 2009. 389-394.

[5] CIRIO L, CRUZ I F, TAMASSIA R. A role and attribute based access control system using semantic web technologies[A]. Proceedings of International Federation for Information Processing Workshop on Semantic Web and Web Semantics[C]. Santiago, Chile, 2007. 1256-1266.

[6] YUAN E, TONG J. Attributed based access control (ABAC) for web services[A]. Proceedings of the IEEE International Conference on Web Services[C]. Orlando, Florida, 2005.561-569.

[7] ADAM N, ATLURI V, BERTINO E, etal. A Content-Based Authorization Model for Digital Libraries[R]. Computer Science Department,Rutgers University, 2001.

[8] CARMINATI B, FERRARI E, PEREGO A. Rule-based access control for social networks[A]. On the Move to Meaningful Internet Systems:OTM’06 Workshops[C]. Montpellier, France, 2006. 1734-1744.

[9] JAYARAMAN K, RINARD M C, TRIPUNITARA M, etal. Automatic error finding in access-control policies[A]. Proceedings of 18th ACM Conference on Computer and Communications Security[C]. Chicago,USA, 2011. 17-21.

[10] ALBERTI F, ARMANDO A, RANISE S. Eff i cient symbolic automated analysis of administrative attribute-based RBAC- policies[A].Proceedings of the 6th ACM Symposium on Information, Computer and Communications Security[C]. Hong Kong, China, 2011.165-175.

[11] ANWAR M, FANG P, YANG X D, etal. Visualizing privacy implications of access control policies in social network systems[A]. Proceedings of the 27th Annual ACM Symposium on Applied Computing[C]. Trento, Italy,2012.1443-1450.

[12] 周曉軍, 蔣興浩, 孫錟鋒. RB-RBAC模型的研究與改進(jìn). 信息安全與通信保密[J], 2010, (4): 100-102.ZHOU X J, JIANG X H, SUN T F. Research and Improvement of RB-RBAC[J]. 2010,(4): 100-102.

[13] 努爾買買提·黑力力, 開依沙爾·熱合曼. 帶負(fù)授權(quán)RBAC模型的OWL表示及沖突檢測[J]. 計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用,2010, 46 (30): 82-85.Nurmamat Helil, Kaysar Rahman. Representaion of RBAC model with negative authorization in OWL and conflict detection[J]. Computer Engineering and Applications, 2010,46(30):82-85.

[14] 李鼎. 基于邏輯編程的安全策略分析系統(tǒng)設(shè)計(jì)及其關(guān)鍵技術(shù)研究[D]. 鄭州: 解放軍信息工程大學(xué), 2009.LI D. The Design and Research of Policy Analysis System Based on Logic Programming[D]. Zhengzhou: The PLA Information Engineering University, 2009.