基于布隆過(guò)濾器的聯(lián)邦遺忘學(xué)習(xí)

編者薦語(yǔ)

本文提出了一種創(chuàng)新的基于布隆過(guò)濾器的聯(lián)邦遺忘學(xué)習(xí)方案，巧妙結(jié)合了聯(lián)邦學(xué)習(xí)的數(shù)據(jù)最小化原則與布隆過(guò)濾器的高效驗(yàn)證特性。該方案不僅有效解決了數(shù)據(jù)孤島和隱私泄露風(fēng)險(xiǎn)，還通過(guò)組合哈希函數(shù)確保了數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐暾院陀脩綦[私的安全。

陳萍 , 江澤豪 , 郭霏霏 , 等 . 基于布隆過(guò)濾器的聯(lián)邦遺忘學(xué)習(xí)[J]. 信息安全與通信保密 ,2024(10):98-114.

摘　要

聯(lián)邦學(xué)習(xí)體現(xiàn)了集中數(shù)據(jù)收集和最小化的原則，可以有效解決傳統(tǒng)集中式機(jī)器學(xué)習(xí)存在的數(shù)據(jù)孤島以及系統(tǒng)性的隱私風(fēng)險(xiǎn)問(wèn)題，但數(shù)據(jù)使用中仍存在隱私泄露風(fēng)險(xiǎn)。為此，提出一種基于布隆過(guò)濾器的聯(lián)邦遺忘學(xué)習(xí)方案，通過(guò)布隆過(guò)濾器實(shí)現(xiàn)聯(lián)邦遺忘學(xué)習(xí)的成員資格驗(yàn)證、用戶隱私保護(hù)和數(shù)據(jù)傳輸完整性的驗(yàn)證，通過(guò)組合哈希函數(shù)將數(shù)據(jù)映射到布隆過(guò)濾器中，即使布隆過(guò)濾器被泄露，攻擊者也只能獲取到位數(shù)組，隱私信息仍然得到有效保護(hù)；同時(shí)，使用布隆過(guò)濾器能夠快速驗(yàn)證數(shù)據(jù)完整性，確保傳輸和存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)未被篡改，從而提高系統(tǒng)的安全性。安全性分析結(jié)果表明，所提方案能夠抵抗內(nèi)部敵手、外部敵手和內(nèi)外合謀對(duì)布隆過(guò)濾器存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的攻擊。性能評(píng)估結(jié)果表明，在成員資格驗(yàn)證方面，相比于使用哈希表，布隆過(guò)濾器在插入速度上提升了約14.6%，在查找速度上提升了約5.3%。

論文結(jié)構(gòu)

0　引　言

1　基礎(chǔ)知識(shí)

1.1　聯(lián)邦學(xué)習(xí)

1.2　聯(lián)邦遺忘學(xué)習(xí)

1.3　布隆過(guò)濾器

2　聯(lián)邦遺忘學(xué)習(xí)方案設(shè)計(jì)

2.1　用戶隱私保護(hù)算法

2.2　數(shù)據(jù)傳輸完整性驗(yàn)證算法

3　安全性分析與性能評(píng)估

3.1　威脅模型與安全目標(biāo)

3.2　安全性分析

3.3　有效性評(píng)估

3.4　性能評(píng)估

4　結(jié)　語(yǔ)

作者簡(jiǎn)介

• 陳　萍（1987—），女，學(xué)士，研究實(shí)習(xí)員，主要研究方向?yàn)槿斯ぶ悄埽?/li>
• 江澤豪（2000—），男，碩士，主要研究方向?yàn)閿?shù)據(jù)安全與隱私保護(hù)；
• 郭霏霏（1980—），男，碩士，教授，主要研究方向?yàn)槿斯ぶ悄埽?/li>
• 熊金波（1981—），通信作者，男，博士，教授，主要研究方向?yàn)閿?shù)據(jù)安全與隱私保護(hù)、人工智能安全。