Hybrid microaggregation for privacy preserving data mining

k-Anonymity by microaggregation is one of the most commonly used anonymization techniques. This success is owe to the achievement of a worth of interest trade-off between information loss and identity disclosure risk. However, this method may have some drawbacks. On the disclosure limitation side, there is a lack of protection against attribute disclosure. On the data utility side, dealing with a real datasets is a challenging task to achieve. Indeed, the latter are characterized by their large number of attributes and the presence of noisy data, such that outliers or, even, data with missing values. Generating an anonymous individual data useful for data mining tasks, while decreasing the influence of noisy data is a compelling task to achieve. In this paper, we introduce a new microaggregation method, called HM-pfsom, based on fuzzy possibilistic clustering. Our proposed method operates through an hybrid manner. This means that the anonymization process is applied per block of similar data. Thus, we can help to decrease the information loss during the anonymization process. The HM-pfsom approach proposes to study the distribution of confidential attributes within each sub-dataset. Then, according to the latter distribution, the privacy parameter k is determined, in such a way to preserve the diversity of confidential attributes within the anonymized microdata. This allows to decrease the disclosure risk of confidential information

Theoretical Computer Science and Discrete Mathematics

This book includes 15 articles published in the Special Issue "Theoretical Computer Science and Discrete Mathematics" of Symmetry (ISSN 2073-8994). This Special Issue is devoted to original and significant contributions to theoretical computer science and discrete mathematics. The aim was to bring together research papers linking different areas of discrete mathematics and theoretical computer science, as well as applications of discrete mathematics to other areas of science and technology. The Special Issue covers topics in discrete mathematics including (but not limited to) graph theory, cryptography, numerical semigroups, discrete optimization, algorithms, and complexity

Contributions to Context-Aware Smart Healthcare: A Security and Privacy Perspective

Les tecnologies de la informació i la comunicació han canviat les nostres vides de manera irreversible. La indústria sanitària, una de les indústries més grans i de major creixement, està dedicant molts esforços per adoptar les últimes tecnologies en la pràctica mèdica diària. Per tant, no és sorprenent que els paradigmes sanitaris estiguin en constant evolució cercant serveis més eficients, eficaços i sostenibles. En aquest context, el potencial de la computació ubiqua mitjançant telèfons intel·ligents, rellotges intel·ligents i altres dispositius IoT ha esdevingut fonamental per recopilar grans volums de dades, especialment relacionats amb l'estat de salut i la ubicació de les persones. Les millores en les capacitats de detecció juntament amb l'aparició de xarxes de telecomunicacions d'alta velocitat han facilitat la implementació d'entorns sensibles al context, com les cases i les ciutats intel·ligents, capaços d'adaptar-se a les necessitats dels ciutadans. La interacció entre la computació ubiqua i els entorns sensibles al context va obrir la porta al paradigma de la salut intel·ligent, centrat en la prestació de serveis de salut personalitzats i de valor afegit mitjançant l'explotació de grans quantitats de dades sanitàries, de mobilitat i contextuals. No obstant, la gestió de dades sanitàries, des de la seva recollida fins a la seva anàlisi, planteja una sèrie de problemes desafiants a causa del seu caràcter altament confidencial. Aquesta tesi té per objectiu abordar diversos reptes de seguretat i privadesa dins del paradigma de la salut intel·ligent. Els resultats d'aquesta tesi pretenen ajudar a la comunitat científica a millorar la seguretat dels entorns intel·ligents del futur, així com la privadesa dels ciutadans respecte a les seves dades personals i sanitàries.Las tecnologías de la información y la comunicación han cambiado nuestras vidas de forma irreversible. La industria sanitaria, una de las industrias más grandes y de mayor crecimiento, está dedicando muchos esfuerzos por adoptar las últimas tecnologías en la práctica médica diaria. Por tanto, no es sorprendente que los paradigmas sanitarios estén en constante evolución en busca de servicios más eficientes, eficaces y sostenibles. En este contexto, el potencial de la computación ubicua mediante teléfonos inteligentes, relojes inteligentes, dispositivos wearables y otros dispositivos IoT ha sido fundamental para recopilar grandes volúmenes de datos, especialmente relacionados con el estado de salud y la localización de las personas. Las mejoras en las capacidades de detección junto con la aparición de redes de telecomunicaciones de alta velocidad han facilitado la implementación de entornos sensibles al contexto, como las casas y las ciudades inteligentes, capaces de adaptarse a las necesidades de los ciudadanos. La interacción entre la computación ubicua y los entornos sensibles al contexto abrió la puerta al paradigma de la salud inteligente, centrado en la prestación de servicios de salud personalizados y de valor añadido mediante la explotación significativa de grandes cantidades de datos sanitarios, de movilidad y contextuales. No obstante, la gestión de datos sanitarios, desde su recogida hasta su análisis, plantea una serie de cuestiones desafiantes debido a su naturaleza altamente confidencial. Esta tesis tiene por objetivo abordar varios retos de seguridad y privacidad dentro del paradigma de la salud inteligente. Los resultados de esta tesis pretenden ayudar a la comunidad científica a mejorar la seguridad de los entornos inteligentes del futuro, así como la privacidad de los ciudadanos con respecto a sus datos personales y sanitarios.Information and communication technologies have irreversibly changed our lives. The healthcare industry, one of the world’s largest and fastest-growing industries, is dedicating many efforts in adopting the latest technologies into daily medical practice. It is not therefore surprising that healthcare paradigms are constantly evolving seeking for more efficient, effective and sustainable services. In this context, the potential of ubiquitous computing through smartphones, smartwatches, wearables and IoT devices has become fundamental to collect large volumes of data, including people's health status and people’s location. The enhanced sensing capabilities together with the emergence of high-speed telecommunication networks have facilitated the implementation of context-aware environments, such as smart homes and smart cities, able to adapt themselves to the citizens needs. The interplay between ubiquitous computing and context-aware environments opened the door to the so-called smart health paradigm, focused on the provision of added-value personalised health services by meaningfully exploiting vast amounts of health, mobility and contextual data. However, the management of health data, from their gathering to their analysis, arises a number of challenging issues due to their highly confidential nature. In particular, this dissertation addresses several security and privacy challenges within the smart health paradigm. The results of this dissertation are intended to help the research community to enhance the security of the intelligent environments of the future as well as the privacy of the citizens regarding their personal and health data

Privacy in rfid and mobile objects

Los sistemas RFID permiten la identificación rápida y automática de etiquetas RFID a través de un canal de comunicación inalámbrico. Dichas etiquetas son dispositivos con cierto poder de cómputo y capacidad de almacenamiento de información. Es por ello que los objetos que contienen una etiqueta RFID adherida permiten la lectura de una cantidad rica y variada de datos que los describen y caracterizan, por ejemplo, un código único de identificación, el nombre, el modelo o la fecha de expiración. Además, esta información puede ser leída sin la necesidad de un contacto visual entre el lector y la etiqueta, lo cual agiliza considerablemente los procesos de inventariado, identificación, o control automático. Para que el uso de la tecnología RFID se generalice con éxito, es conveniente cumplir con varios objetivos: eficiencia, seguridad y protección de la privacidad. Sin embargo, el diseño de protocolos de identificación seguros, privados, y escalables es un reto difícil de abordar dada las restricciones computacionales de las etiquetas RFID y su naturaleza inalámbrica. Es por ello que, en la presente tesis, partimos de protocolos de identificación seguros y privados, y mostramos cómo se puede lograr escalabilidad mediante una arquitectura distribuida y colaborativa. De este modo, la seguridad y la privacidad se alcanzan mediante el propio protocolo de identificación, mientras que la escalabilidad se logra por medio de novedosos métodos colaborativos que consideran la posición espacial y temporal de las etiquetas RFID. Independientemente de los avances en protocolos inalámbricos de identificación, existen ataques que pueden superar exitosamente cualquiera de estos protocolos sin necesidad de conocer o descubrir claves secretas válidas ni de encontrar vulnerabilidades en sus implementaciones criptográficas. La idea de estos ataques, conocidos como ataques de “relay”, consiste en crear inadvertidamente un puente de comunicación entre una etiqueta legítima y un lector legítimo. De este modo, el adversario usa los derechos de la etiqueta legítima para pasar el protocolo de autenticación usado por el lector. Nótese que, dada la naturaleza inalámbrica de los protocolos RFID, este tipo de ataques representa una amenaza importante a la seguridad en sistemas RFID. En esta tesis proponemos un nuevo protocolo que además de autenticación realiza un chequeo de la distancia a la cual se encuentran el lector y la etiqueta. Este tipo de protocolos se conocen como protocolos de acotación de distancia, los cuales no impiden este tipo de ataques, pero sí pueden frustrarlos con alta probabilidad. Por último, afrontamos los problemas de privacidad asociados con la publicación de información recogida a través de sistemas RFID. En particular, nos concentramos en datos de movilidad que también pueden ser proporcionados por otros sistemas ampliamente usados tales como el sistema de posicionamiento global (GPS) y el sistema global de comunicaciones móviles. Nuestra solución se basa en la conocida noción de k-anonimato, alcanzada mediante permutaciones y microagregación. Para este fin, definimos una novedosa función de distancia entre trayectorias con la cual desarrollamos dos métodos diferentes de anonimización de trayectorias.Els sistemes RFID permeten la identificació ràpida i automàtica d’etiquetes RFID a través d’un canal de comunicació sense fils. Aquestes etiquetes són dispositius amb cert poder de còmput i amb capacitat d’emmagatzematge de informació. Es per això que els objectes que porten una etiqueta RFID adherida permeten la lectura d’una quantitat rica i variada de dades que els descriuen i caracteritzen, com per exemple un codi únic d’identificació, el nom, el model o la data d’expiració. A més, aquesta informació pot ser llegida sense la necessitat d’un contacte visual entre el lector i l’etiqueta, la qual cosa agilitza considerablement els processos d’inventariat, identificació o control automàtic. Per a que l’ús de la tecnologia RFID es generalitzi amb èxit, es convenient complir amb diversos objectius: eficiència, seguretat i protecció de la privacitat. No obstant això, el disseny de protocols d’identificació segurs, privats i escalables, es un repte difícil d’abordar dades les restriccions computacionals de les etiquetes RFID i la seva naturalesa sense fils. Es per això que, en la present tesi, partim de protocols d’identificació segurs i privats, i mostrem com es pot aconseguir escalabilitat mitjançant una arquitectura distribuïda i col•laborativa. D’aquesta manera, la seguretat i la privacitat s’aconsegueixen mitjançant el propi protocol d’identificació, mentre que l’escalabilitat s’aconsegueix per mitjà de nous protocols col•laboratius que consideren la posició espacial i temporal de les etiquetes RFID. Independentment dels avenços en protocols d’identificació sense fils, existeixen atacs que poden passar exitosament qualsevol d’aquests protocols sense necessitat de conèixer o descobrir claus secretes vàlides, ni de trobar vulnerabilitats a les seves implantacions criptogràfiques. La idea d’aquestos atacs, coneguts com atacs de “relay”, consisteix en crear inadvertidament un pont de comunicació entre una etiqueta legítima i un lector legítim. D’aquesta manera, l’adversari utilitza els drets de l’etiqueta legítima per passar el protocol d’autentificació utilitzat pel lector. Es important tindre en compte que, dada la naturalesa sense fils dels protocols RFID, aquests tipus d’atacs representen una amenaça important a la seguretat en sistemes RFID. En aquesta dissertació proposem un nou protocol que, a més d’autentificació, realitza una revisió de la distància a la qual es troben el lector i l’etiqueta. Aquests tipus de protocols es coneixen com a “distance-boulding protocols”, els quals no prevenen aquests tipus d’atacs, però si que poden frustrar-los amb alta probabilitat. Per últim, afrontem els problemes de privacitat associats amb la publicació de informació recol•lectada a través de sistemes RFID. En concret, ens concentrem en dades de mobilitat, que també poden ser proveïdes per altres sistemes àmpliament utilitzats tals com el sistema de posicionament global (GPS) i el sistema global de comunicacions mòbils. La nostra solució es basa en la coneguda noció de privacitat “k-anonymity” i parcialment en micro-agregació. Per a aquesta finalitat, definim una nova funció de distància entre trajectòries amb la qual desenvolupen dos mètodes diferents d’anonimització de trajectòries.Radio Frequency Identification (RFID) is a technology aimed at efficiently identifying and tracking goods and assets. Such identification may be performed without requiring line-of-sight alignment or physical contact between the RFID tag and the RFID reader, whilst tracking is naturally achieved due to the short interrogation field of RFID readers. That is why the reduction in price of the RFID tags has been accompanied with an increasing attention paid to this technology. However, since tags are resource-constrained devices sending identification data wirelessly, designing secure and private RFID identification protocols is a challenging task. This scenario is even more complex when scalability must be met by those protocols. Assuming the existence of a lightweight, secure, private and scalable RFID identification protocol, there exist other concerns surrounding the RFID technology. Some of them arise from the technology itself, such as distance checking, but others are related to the potential of RFID systems to gather huge amount of tracking data. Publishing and mining such moving objects data is essential to improve efficiency of supervisory control, assets management and localisation, transportation, etc. However, obvious privacy threats arise if an individual can be linked with some of those published trajectories. The present dissertation contributes to the design of algorithms and protocols aimed at dealing with the issues explained above. First, we propose a set of protocols and heuristics based on a distributed architecture that improve the efficiency of the identification process without compromising privacy or security. Moreover, we present a novel distance-bounding protocol based on graphs that is extremely low-resource consuming. Finally, we present two trajectory anonymisation methods aimed at preserving the individuals' privacy when their trajectories are released

Security of Ubiquitous Computing Systems

The chapters in this open access book arise out of the EU Cost Action project Cryptacus, the objective of which was to improve and adapt existent cryptanalysis methodologies and tools to the ubiquitous computing framework. The cryptanalysis implemented lies along four axes: cryptographic models, cryptanalysis of building blocks, hardware and software security engineering, and security assessment of real-world systems. The authors are top-class researchers in security and cryptography, and the contributions are of value to researchers and practitioners in these domains. This book is open access under a CC BY license

Security of Ubiquitous Computing Systems

The chapters in this open access book arise out of the EU Cost Action project Cryptacus, the objective of which was to improve and adapt existent cryptanalysis methodologies and tools to the ubiquitous computing framework. The cryptanalysis implemented lies along four axes: cryptographic models, cryptanalysis of building blocks, hardware and software security engineering, and security assessment of real-world systems. The authors are top-class researchers in security and cryptography, and the contributions are of value to researchers and practitioners in these domains. This book is open access under a CC BY license