Privacy-Preserving Reengineering of Model-View-Controller Application Architectures Using Linked Data

When a legacy system’s software architecture cannot be redesigned, implementing additional privacy requirements is often complex, unreliable and costly to maintain. This paper presents a privacy-by-design approach to reengineer web applications as linked data-enabled and implement access control and privacy preservation properties. The method is based on the knowledge of the application architecture, which for the Web of data is commonly designed on the basis of a model-view-controller pattern. Whereas wrapping techniques commonly used to link data of web applications duplicate the security source code, the new approach allows for the controlled disclosure of an application’s data, while preserving non-functional properties such as privacy preservation. The solution has been implemented and compared with existing linked data frameworks in terms of reliability, maintainability and complexity

Privacy-Preserving Crowdsourcing-Based Recommender Systems for E-Commerce & Health Services

En l’actualitat, els sistemes de recomanació han esdevingut un mecanisme fonamental per proporcionar als usuaris informació útil i filtrada, amb l’objectiu d’optimitzar la presa de decisions, com per exemple, en el camp del comerç electrònic. La quantitat de dades existent a Internet és tan extensa que els usuaris necessiten sistemes automàtics per ajudar-los a distingir entre informació valuosa i soroll. No obstant, sistemes de recomanació com el Filtratge Col·laboratiu tenen diverses limitacions, com ara la manca de resposta i la privadesa. Una part important d'aquesta tesi es dedica al desenvolupament de metodologies per fer front a aquestes limitacions. A més de les aportacions anteriors, en aquesta tesi també ens centrem en el procés d'urbanització que s'està produint a tot el món i en la necessitat de crear ciutats més sostenibles i habitables. En aquest context, ens proposem solucions de salut intel·ligent (s-health) i metodologies eficients de caracterització de canals sense fils, per tal de proporcionar assistència sanitària sostenible en el context de les ciutats intel·ligents.En la actualidad, los sistemas de recomendación se han convertido en una herramienta indispensable para proporcionar a los usuarios información útil y filtrada, con el objetivo de optimizar la toma de decisiones en una gran variedad de contextos. La cantidad de datos existente en Internet es tan extensa que los usuarios necesitan sistemas automáticos para ayudarles a distinguir entre información valiosa y ruido. Sin embargo, sistemas de recomendación como el Filtrado Colaborativo tienen varias limitaciones, tales como la falta de respuesta y la privacidad. Una parte importante de esta tesis se dedica al desarrollo de metodologías para hacer frente a esas limitaciones. Además de las aportaciones anteriores, en esta tesis también nos centramos en el proceso de urbanización que está teniendo lugar en todo el mundo y en la necesidad de crear ciudades más sostenibles y habitables. En este contexto, proponemos soluciones de salud inteligente (s-health) y metodologías eficientes de caracterización de canales inalámbricos, con el fin de proporcionar asistencia sanitaria sostenible en el contexto de las ciudades inteligentes.Our society lives an age where the eagerness for information has resulted in problems such as infobesity, especially after the arrival of Web 2.0. In this context, automatic systems such as recommenders are increasing their relevance, since they help to distinguish noise from useful information. However, recommender systems such as Collaborative Filtering have several limitations such as non-response and privacy. An important part of this thesis is devoted to the development of methodologies to cope with these limitations. In addition to the previously stated research topics, in this dissertation we also focus in the worldwide process of urbanisation that is taking place and the need for more sustainable and liveable cities. In this context, we focus on smart health solutions and efficient wireless channel characterisation methodologies, in order to provide sustainable healthcare in the context of smart cities

Synthetic sequence generator for recommender systems - memory biased random walk on sequence multilayer network

Personalized recommender systems rely on each user's personal usage data in the system, in order to assist in decision making. However, privacy policies protecting users' rights prevent these highly personal data from being publicly available to a wider researcher audience. In this work, we propose a memory biased random walk model on multilayer sequence network, as a generator of synthetic sequential data for recommender systems. We demonstrate the applicability of the synthetic data in training recommender system models for cases when privacy policies restrict clickstream publishing.Comment: The new updated version of the pape

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

Mathematically optimized, recursive prepartitioning strategies for k-anonymous microaggregation of large-scale datasets

© Elsevier. This manuscript version is made available under the CC-BY-NC-ND 4.0 license http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/The technical contents of this work fall within the statistical disclosure control (SDC) field, which concerns the postprocessing of the demographic portion of the statistical results of surveys containing sensitive personal information, in order to effectively safeguard the anonymity of the participating respondents. A widely known technique to solve the problem of protecting the privacy of the respondents involved beyond the mere suppression of their identifiers is the k-anonymous microaggregation. Unfortunately, most microaggregation algorithms that produce competitively low levels of distortions exhibit a superlinear running time, typically scaling with the square of the number of records in the dataset. This work proposes and analyzes an optimized prepartitioning strategy to reduce significantly the running time for the k-anonymous microaggregation algorithm operating on large datasets, with mild loss in data utility with respect to that of MDAV, the underlying method. The optimization strategy is based on prepartitioning a dataset recursively until the desired k-anonymity parameter is achieved. Traditional microaggregation algorithms have quadratic computational complexity in the form T(n2). By using the proposed method and fixing the number of recurrent prepartitions we obtain subquadratic complexity in the form T(n3/2), T(n4/3), ..., depending on the number of prepartitions. Alternatively, fixing the ratio between the size of the microcell and the macrocell on each prepartition, quasilinear complexity in the form T(nlog¿n) is achieved. Our method is readily applicable to large-scale datasets with numerical demographic attributes.Peer ReviewedPostprint (author's final draft

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-preserving collaborative recommendations based on random perturbations

© 2016 Elsevier Ltd Collaborative recommender systems offer a solution to the information overload problem found in online environments such as e-commerce. The use of collaborative filtering, the most widely used recommendation method, gives rise to potential privacy issues. In addition, the user ratings utilized in collaborative filtering systems to recommend products or services must be protected. The purpose of this research is to provide a solution to the privacy concerns of collaborative filtering users, while maintaining high accuracy of recommendations. This paper proposes a multi-level privacy-preserving method for collaborative filtering systems by perturbing each rating before it is submitted to the server. The perturbation method is based on multiple levels and different ranges of random values for each level. Before the submission of each rating, the privacy level and the perturbation range are selected randomly from a fixed range of privacy levels. The proposed privacy method has been experimentally evaluated with the results showing that with a small decrease of utility, user privacy can be protected, while the proposed approach offers practical and effective results

A privacy-protecting architecture for recommendation systems via the suppression of ratings

Recommendation systems are information-filtering systems that help users deal with information overload. Unfortunately, current recommendation systems prompt serious privacy concerns. In this work, we propose an architecture that enables users to enhance their privacy in those systems that profile users on the basis of the items rated. Our approach capitalizes on a conceptually-simple perturbative technique, namely the suppression of ratings. In our scenario, users rate those items they have an opinion on. However, in order to avoid being accurately profiled, they may want to refrain from rating certain items. Consequently, this technique protects user privacy to a certain extent, but at the cost of a degradation in the accuracy of the recommendation. We measure privacy risk as the Kullback-Leibler divergence between the user's and the population's rating distribution, a privacy criterion that we proposed in previous work. The justification of such a criterion is our second contribution. Concretely, we thoroughly interpret it by elaborating on the intimate connection between the celebrated method of entropy maximization and the use of entropies and divergences as measures of privacy. The ultimate purpose of this justification is to attempt to bridge the gap between the privacy and the information-theoretic communities by substantially adapting some technicalities of our original work to reach a wider audience, not intimately familiar with information theory and the method of types. Lastly, we present a formulation of the optimal trade-o_ between privacy and suppression rate, what allows us to formally specify one of the functional blocks of the proposed architecture.Peer ReviewedPreprin

INRISCO: INcident monitoRing in Smart COmmunities

Major advances in information and communication technologies (ICTs) make citizens to be considered as sensors in motion. Carrying their mobile devices, moving in their connected vehicles or actively participating in social networks, citizens provide a wealth of information that, after properly processing, can support numerous applications for the benefit of the community. In the context of smart communities, the INRISCO [1] proposal intends for (i) the early detection of abnormal situations in cities (i.e., incidents), (ii) the analysis of whether, according to their impact, those incidents are really adverse for the community; and (iii) the automatic actuation by dissemination of appropriate information to citizens and authorities. Thus, INRISCO will identify and report on incidents in traffic (jam, accident) or public infrastructure (e.g., works, street cut), the occurrence of specific events that affect other citizens' life (e.g., demonstrations, concerts), or environmental problems (e.g., pollution, bad weather). It is of particular interest to this proposal the identification of incidents with a social and economic impact, which affects the quality of life of citizens.This work was supported in part by the Spanish Government through the projects INRISCO under Grant TEC2014-54335-C4-1-R, Grant TEC2014-54335-C4-2-R, Grant TEC2014-54335-C4-3-R, and Grant TEC2014-54335-C4-4-R, in part by the MAGOS under Grant TEC2017-84197-C4-1-R, Grant TEC2017-84197-C4-2-R, and Grant TEC2017-84197-C4-3-R, in part by the European Regional Development Fund (ERDF), and in part by the Galician Regional Government under agreement for funding the Atlantic Research Center for Information and Communication Technologies (AtlantTIC)