1.一种应对智能家居环境中旁路攻击的隐私保护方法,其特征在于,包括:步骤1、传感器节点获取智能家居的采样数据、噪音数据和当前网络状态信息,所述采样数据包括传感器类型和传感器发送时间;
步骤2、对传感器类型和传感器发送时间进行排序,对每个类型的传感器在单位时间内的发送频率进行聚类,计算每个聚类类别的平均发送频率,得到DFR参数;
步骤3、通过DFR参数对噪音数据进行标签,调用基于逻辑回归的半监督学习算法对标签后的噪音数据进行学习得到学习参数,将所述学习参数分发给所有传感器节点;所述半监督学习算法包括预测函数,整体开销函数和梯度下降算法;
步骤4、传感器节点将学习参数代入所述预测函数中构建预测模型,将步骤1所述的当前网络状态信息输入到所述预测模型中,判断是否发送所述噪音数据。
2.如权利要求1所述的应对智能家居环境中旁路攻击的隐私保护方法,其特征在于,所述步骤2包括:步骤2-1、接收传感器节点发送的传感器类型和传感器发送时间,构建采样数据集;
步骤2-2、对传感器类型和传感器发送时间进行排序,得到不同类型传感器的发送序列;
步骤2-3、对每个类型传感器的发送序列统计单位时间内的发送频率,得到频率与时间的二元组F:F={(t1,f1),(t2,f2),(t3,f3)…,(tn,fn)};
式中:t1,t2,t3,···tn分别为单位时间,f1,f2,f3,···fn分别为单位时间内的发送频率;F是单位时间内发送时间和频率组成的二元组集合;
步骤2-4、对每个类型传感器的二元组F进行标准化处理,映射到[0,1]区间,得到二元组F所对应的F′:F′={(t1,f′1),(t2,f′2),…,(tn,f′n)};
式中:t1,t2,t3,···tn分别为单位时间,f1′,f2′,f3′,···fn′分别为单位时间内f1,f2,f3,···fn标准化处理后的发送频率;
步骤2-5、采用K-means聚类算法对每个类型传感器的F′进行聚类,得到多个聚类类别;
步骤2-6、分别计算每个聚类类别的平均发送频率,并取聚类结果的最大和最小时间作为起止时间,得到每个类型传感器的所有聚类类别的DFR参数。
3.如权利要求2所述的应对智能家居环境中旁路攻击的隐私保护方法,其特征在于,在步骤2-4中,所述标准化处理的公式为:
4.如权利要求1所述的应对智能家居环境中旁路攻击的隐私保护方法,其特征在于,所述步骤3中调用基于逻辑回归的半监督学习算法对标签后的噪音数据进行学习得到学习参数的方法为:步骤3-1、基于逻辑回归构建学习参数的预测函数:
式中:θ为由学习参数组成的矩阵,hθ(x)为预测函数,x为训练样本的状态信息,T是矩阵的转置运算;
步骤3-2、根据平方差法构建出整体开销函数:
式中:J(θ)为开销函数,m为训练样本的个数,i为第i个训练样本,x为训练样本的状态信息,y为预测函数的预测结果,x(i)为第i个训练样本的状态信息,y(i)为第i个训练样本的预测结果;
步骤3-3、采用梯度下降算法寻找使得全局开销最小的参数,所述梯度下降算法的计算公式为:
式中:θi:为对学习参数矩阵θ中各个元素进行梯度下降算法,θi代表学习参数矩阵中的元素,α为梯度下降算法中步进的幅度;
步骤3-4、全局开销最小的参数即为所得的学习参数。
5.如权利要求1所述的应对智能家居环境中旁路攻击的隐私保护方法,其特征在于,所述步骤4包括:步骤4-1、将学习参数代入到预测函数中,构建预测模型;
步骤4-2、将步骤1中所述的当前网络状态信息输入到所述预测模型中,得到[0,1]的输出结果;当前网络状态信息是指当前时间窗口的网络状态信息;
步骤4-3、当输出结果大于等于0.5时,传感器节点发送噪音数据;当输出结果小于0.5时,传感器节点不发送噪音数据,完成一个检测周期,并等待下一个时间窗口。
6.如权利要求5所述的应对智能家居环境中旁路攻击的隐私保护方法,其特征在于,所述步骤4-3中:当连续n个检测周期不发送噪音数据后,扩大时间窗口,继续检测。
7.一种实现权利要求1-6中任一项所述的应对智能家居环境中旁路攻击的隐私保护方法的保护系统,其特征在于,包括:多个传感器节点、汇聚节点和云平台;
所述传感器节点,用于获取智能家居的采样数据、噪音数据和当前网络状态信息,所述采样数据包括传感器类型和传感器发送时间;
所述云平台与所有传感器节点相连,用于对传感器类型和传感器发送时间进行排序,对每个类型的传感器在单位时间内的发送频率进行聚类,计算每个聚类类别的平均发送频率,得到DFR参数;
所述汇聚节点分别与所有传感器节点和云平台相连,用于通过DFR参数对噪音数据进行标签,调用基于逻辑回归的半监督学习算法对标签后的噪音数据进行学习得到学习参数,将所述学习参数分发给所有传感器节点;所述半监督学习算法包括预测函数,整体开销函数和梯度下降算法;
所述传感器节点将学习参数代入预测函数中构建预测模型,将所述当前网络状态信息输入到所述预测模型中,判断是否发送所述噪音数据。
8.如权利要求7所述的应对智能家居环境中旁路攻击的隐私保护系统,其特征在于,所述云平台包括接收模块、排序模块、统计模块、标准化处理模块、聚类模块和计算模块;
所述接收模块,用于接收传感器节点发送的传感器类型和传感器发送时间,构建采样数据集;
所述排序模块与所述接收模块相连,用于对传感器类型和传感器发送时间进行排序,得到不同类型传感器的发送序列;
所述统计模块与所述排序模块相连,用于对每个类型传感器的发送序列统计单位时间内的发送频率,得到频率与时间的二元组F,F={(t1,f1),(t2,f2),(t3,f3)…,(tn,fn)};
式中:t1,t2,t3,···tn分别为单位时间,f1,f2,f3,···fn分别为单位时间内的发送频率;F是单位时间内发送时间和频率组成的二元组集合;
所述标准化处理模块与所述统计模块相连,用于对每个类型传感器的二元组F进行标准化处理,映射到[0,1]区间,得到二元组F所对应的F′,F′={(t1,f′1),(t2,f′2),…,(tn,f′n)};所述标准化处理为:
式中:t1,t2,t3,···tn分别为单位时间,f1′,f2′,f3′,···fn′分别为单位时间内f1,f2,f3,···fn标准化处理后的发送频率;
所述聚类模块与所述标准化处理模块相连,采用K-means聚类算法对每个类型传感器的F′进行聚类,得到多个聚类类别;
所述计算模块与所述聚类模块相连,用于分别计算每个聚类类别的平均发送频率,并取聚类结果的最大和最小时间作为起止时间,得到每个类型传感器的所有聚类类别的DFR参数。
9.如权利要求7所述的应对智能家居环境中旁路攻击的隐私保护系统,其特征在于,所述汇聚节点包括标签模块、学习模块和分发模块;
所述标签模块,用于获取云平台的DFR参数和传感器节点的噪音数据,通过DFR参数对噪音数据进行标签;
所述学习模块与所述标签模块相连,用于调用基于逻辑回归的半监督学习算法对标签后的噪音数据进行学习得到学习参数;其中:基于逻辑回归构建学习参数的预测函数:
式中:θ为由学习参数组成的矩阵,hθ(x)为预测函数,x为训练样本的状态信息,T是矩阵的转置运算;
根据平方差法构建出整体开销函数:
式中:J(θ)为开销函数,m为训练样本的个数,i为第i个训练样本,x为训练样本的状态信息,y为预测函数的预测结果,x(i)为第i个训练样本的状态信息,y(i)为第i个训练样本的预测结果;
采用梯度下降算法寻找使得全局开销最小的参数,所述梯度下降算法为:
式中:θi:为对学习参数矩阵θ中各个元素进行梯度下降算法,θi代表学习参数矩阵中的元素,α为梯度下降算法中步进的幅度;
全局开销最小的参数即为所得的学习参数;
所述分发模块与所述学习模块相连,用于将学习参数分发给所有传感器节点。
10.如权利要求7所述的应对智能家居环境中旁路攻击的隐私保护系统,其特征在于,所述传感器节点包括采集模块、预测模块和判断模块;
所述采集模块,用于获取智能家居的采样数据、噪音数据和当前网络状态信息;
所述预测模块与所述采集模块相连,用于将汇聚节点的学习参数代入到预测函数中,构建预测模型;并将当前网络状态信息输入到所述预测模型中,得到[0,1]的输出结果;当前网络状态信息是指当前时间窗口的网络状态信息;
所述判断模块与所述预测模块相连,当输出结果大于等于0.5时,传感器节点发送噪音数据;当输出结果小于0.5时,传感器节点不发送噪音数据;完成一个检测周期,并等待下一个时间窗口;当连续n个检测周期不发送噪音数据后,扩大时间窗口,继续检测。