[發(fā)明專利]一種面向邊緣計算的數據采集隱私保護方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110351271.1
• 申請日: 2021-03-31
• 公開（公告）號: CN113206831B
• 公開（公告）日: 2023-02-14
• 發(fā)明（設計）人: 徐小龍;范澤軒;段衛(wèi)華
• 申請（專利權）人: 南京郵電大學
• 主分類號: H04L9/40
• 分類號: H04L9/40;H04L9/06;H04L9/08
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 熊玉瑋

1.一種面向邊緣計算的數據采集隱私保護方法，其特征在于，通過包括用戶端、邊緣節(jié)點、以及中心服務器的系統(tǒng)實現，當用戶端所有用戶數據映射至各個邊緣節(jié)點時，針對所有邊緣節(jié)點執(zhí)行以下步驟：

步驟Ⅰ、針對每個邊緣節(jié)點對應的用戶，按照預設比例數量隨機劃分為用戶組A、用戶組B、用戶組C三組；

針對用戶組A，從用戶組A對應的用戶私有集中隨機獲取一個鍵值對k,v，對用戶組A中鍵k進行哈希值計算并對哈希值進行擾動，將擾動值、以及哈希函數上傳至邊緣節(jié)點，隨后進入步驟Ⅱ；

所述步驟Ⅰ中，對鍵值對中的鍵k進行哈希值計算并對哈希值進行擾動，包括以下步驟：

步驟Ⅰ-1、從哈希函數族中隨機選取一個輸出域為的哈希函數H，得到鍵值對k,v中鍵k的哈希值為x＝H(k)；

步驟Ⅰ-2、將哈希值x通過公式，獲得擾動值y，其中，Pr[]為概率，ε為本地差分隱私的隱私預算參數，M(x)為擾動函數；

步驟Ⅱ、分別針對各個邊緣節(jié)點值域內的鍵k，遍歷擁有鍵k的用戶，篩選出所有符合候選條件的用戶，對應生成篩選向量，并將篩選向量發(fā)送至中心服務器；

中心服務器接收所有邊緣節(jié)點對應的篩選向量后，對篩選向量進行聚合，生成候選集；

所述步驟Ⅱ具體包括以下步驟：

步驟Ⅱ-1、針對各個邊緣節(jié)點對應的所有用戶，結合步驟Ⅰ中用戶上傳的擾動值、以及哈希函數，利用公式：c(k)＝|{j|H^j(k)＝y(tǒng)^j}|，篩選出符合候選條件的用戶集合，其中，H^j(k)為第j個用戶鍵k的哈希值，y^j為H^j(k)的擾動值，c(k)為符合候選條件的用戶j所組成的集合的長度；

步驟Ⅱ-2、邊緣節(jié)點將篩選出的用戶對應的用戶私有集組成篩選向量，將篩選向量發(fā)送至中心服務器，中心服務器接收所有篩選向量，對篩選向量進行求和得到向量；

步驟Ⅱ-3、針對用戶端值域內擁有鍵k的用戶，根據公式：計算鍵k在對應邊緣節(jié)點中的出現頻數，其中，為用戶組A中與鍵k相關的鍵值對在邊緣節(jié)點中的出現頻數，n_A為用戶組A中所有用戶數量，p＝e^ε/e^ε+g-1；

步驟Ⅱ-4、對用戶組A中每個鍵為k的鍵值對在邊緣節(jié)點中的出現頻率進行排序，將序列前2k_t項的鍵k取出，構成候選集，其中，k_t為預設的篩選數量；

步驟Ⅲ、隨機選取用戶組B中的任一用戶私有集與所述步驟Ⅱ中獲得的候選集取交集，獲得交集長度對應的擾動值，將擾動值上傳至邊緣節(jié)點，更新邊緣節(jié)點中的數據，生成篩選向量，并將篩選向量發(fā)送至中心服務器，對篩選向量進行聚合，獲取用戶私有集的填充長度；

所述步驟Ⅲ中，將用戶組B的用戶私有集與候選集生成交集S，獲得交集S中鍵為k的鍵值對在邊緣節(jié)點中的出現頻數S的取值范圍為1至2k_t，根據公式：獲得交集S中各個元素的填充長度L，填充長度L滿足的條件為，小于用戶私有集和候選集的交集的長度；

步驟Ⅳ、針對用戶組C，將用戶組C中的用戶私有集長度處理成與填充長度一致的集合，從集合中隨機獲取一個鍵值對k,v^*，對鍵值對中的v^*進行離散，并更新鍵值對，獲得待上傳鍵值對，隨后進入步驟Ⅴ；

所述步驟Ⅳ中，包括以下步驟：

步驟Ⅳ-1、針對用戶組C，獲得用戶組C對應的用戶私有集與候選集的交集，比較交集長度和填充長度，當交集長度大于填充長度時，將用戶私有集截成長度與填充長度相同的集合，并更新用戶私有集；

當交集長度小于填充長度時，生成填充項對交集進行填充，并更新用戶私有集，隨后進入步驟Ⅳ-2；

步驟Ⅳ-2、從更新后的用戶私有集中隨機獲取一個鍵值對k,v^*，根據公式：對鍵值對中的值v^*進行離散，更新v^*為v，獲得經過離散后的待上傳鍵值對k,v，w.p.為概率；

步驟Ⅴ、將待上傳鍵值對轉換為一維向量并進行二次擾動，將二次擾動后的一維向量發(fā)送至中心服務器，計算鍵k在候選集中出現的頻率，以及與鍵k對應的v的均值；

所述步驟Ⅴ中，包括以下步驟：

步驟Ⅴ-1、將待上傳鍵值對k,v中的各個屬性通過二次擾動，轉換為由1、-1、0組成的一維向量，根據公式：

對一維向量中鍵k所對應的值v進行二次擾動，其中，a＝e^ε/e^ε+1；

根據公式：

分別對其它位的值v進行二次擾動，其中，y[v]為任意其它位的值v的擾動值，

步驟Ⅴ-2、將擾動后的向量發(fā)送至中心服務器；

步驟Ⅴ-3、統(tǒng)計中心服務器上所有用戶候選集中的各個鍵k，以及用戶候選集中1、-1的個數，分別記為n₁、n₂，根據公式：

計算并修正鍵k在候選集中的出現頻率，其中，為鍵k在候選集中的出現頻率，此時n_C為用戶組C中的用戶數量，L為填充長度；

根據公式：

計算鍵k對應的值v的均值，其中，