[發明專利]一種邊緣計算環境中的隱私保護方法

有效

• 申請號: 201911229679.0
• 申請日: 2019-12-04
• 公開（公告）號: CN111125752B
• 公開（公告）日: 2023-08-01
• 發明（設計）人: 王進;周偉;李領治;谷飛;周經亞
• 申請（專利權）人: 蘇州大學
• 主分類號: G06F21/62
• 分類號: G06F21/62
• 代理公司: 蘇州創元專利商標事務所有限公司 32103
• 代理人: 陶海鋒

本發明公開了一種邊緣計算環境中的隱私保護方法，基于正交向量的安全編碼實現，包括獲取基于正交向量的安全編碼邊緣計算所在網絡的參數；使用任務分配算法將計算任務的一方輸入數據分塊、加入隨機塊編碼，分配到相應的邊緣節點；計算編碼矩陣的零空間向量的基向量，根據A的參數發送部分零空間的基向量給用戶設備；用戶有輸入數據之后產生在線計算需求；用戶接收到邊緣節點返回的所有的中間結果之后，利用系數編碼矩陣進行解碼，得到所需結果。本發明在基于安全編碼的邊緣計算中，采用線性編碼和添加隨機塊來保護了計算雙方的隱私性，同時利用零空間向量的正交性，設計用戶端所添加的隨機塊，降低了通信負載和解碼復雜度，獲得低延遲、高效安全的邊緣計算隱私保護。

技術領域

本發明涉及分布式邊緣計算領域，具體涉及一種在邊緣計算環境中通過對安全編碼方案進行改進實現的隱私保護方法。

背景技術

近年來，隨著物聯網的快速發展和4G/5G網絡的普及，萬物互聯的時代已經到來，網絡邊緣設備的爆炸式增加使得傳統的以云為核心的集中式大數據處理已經無法高效處理邊緣設備所產生的數據。因此，以邊緣計算模型為核心的邊緣式大數據處理應運而生，成為了下一代網絡的新的研究熱點。簡單來說，邊緣計算是云計算向邊緣的延伸，相對于經典云計算帶來的“云端”的海量計算能力，邊緣計算實現了資源和服務向邊緣位置的下沉，從而能夠降低交互時延、減輕網絡負擔、豐富業務類型、優化服務處理，提升服務質量和用戶體驗。具體來說，邊緣計算利用更貼近用戶或終端設備的網絡資源，比如參與計算的設備可以是路由器、服務器甚至是終端設備。邊緣計算可以說是分布式計算的一種，對于不同的計算任務，邊緣節點可以實現相互協作，并行處理。

然而，邊緣計算中的計算資源可能有不同種類的設備，如計算機、物聯網設備、不同服務商提供的邊緣服務器等。邊緣計算中的計算資源的異構特性給邊緣計算帶來了兩大挑戰。首先，一些邊緣節點可能會成為掉隊者，因為邊緣計算節點的性能通常不如數據中心中的服務器，它們可能無法及時返回計算結果；其次，在邊緣計算中，計算過程從用戶或者云遷移到邊緣結點這一過程給計算數據的安全帶來了很大的安全隱患，并且邊緣結點的可信程度參差不齊，如何保證計算數據的私密性變得尤為重要。

網絡編碼是2000年R.A,?N.C,等人在IEEE?Transactions?on?InformationTheory上發表的論文?Network?Information?Flow中首次提出的概念。網絡編碼涉及了圖論、信息論以及編碼理論等相關領域，主要用在多播網絡中。網絡編碼是一種融合了路由和編碼的信息交換技術，它的核心思想是在網絡中的各個節點上對各條信道上收到的信息進行線性或非線性的處理，然后轉發給下游節點，中間節點扮演著編碼器或信號處理器的角色。根據最大流-最小割定理，數據的發送方和接收方之間的最大傳輸速率不能超過雙方之間的最小割值（或最大流值），傳統的多播路由的方法一般達不到該上界。網絡編碼依據對數據編碼的方式的差別，可以將之分為兩種，一者是線性的網絡編碼（Linear?NetworkCoding），另一者是非線性的網絡編碼（Non-linear?Network?Coding）。線性編碼簡單的來說就是對數據集合進行線性的運算，即編碼，然后傳輸、存儲或者計算，之后再解碼獲得所需的數據的方法。相較于非線性網絡編碼，線性編碼因其編解碼簡便性、高效性而更加常用。

線性編碼（Linear?Network?Coding，LNC）是一種有前景的保護數據機密性、減少傳輸延遲的技術。基于線性編碼，Wang等人提出了使用編碼保證數據傳輸時的信息理論安全（Information?Theoretically?Secure，ITS）和弱安全(Weakly?Secure,?WS)。Li等人提出了分布式計算編碼方案（Coded?Distributed?Computing，CDC）來達到計算和通信負載的平衡。