[發(fā)明專利]一種面向邊緣計(jì)算的數(shù)據(jù)采集隱私保護(hù)方法

有效

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

本發(fā)明公開了一種面向邊緣計(jì)算的數(shù)據(jù)采集隱私保護(hù)方法，涉及信息安全技術(shù)領(lǐng)域，通過劃分用戶組，進(jìn)行數(shù)據(jù)的分組交互，在用戶組中采集鍵值對(duì)數(shù)據(jù)并進(jìn)行擾動(dòng)，中心服務(wù)器接收擾動(dòng)值，并生成對(duì)應(yīng)的候選集，根據(jù)各個(gè)用戶組之間的交集長(zhǎng)度，估計(jì)填充長(zhǎng)度，對(duì)用戶私有集進(jìn)行處理，估計(jì)鍵值的出現(xiàn)頻率及其對(duì)應(yīng)的均值。通過本發(fā)明的技術(shù)方案，解決了面向邊緣計(jì)算系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集過程中的隱私泄露問題，同時(shí)，提高算法執(zhí)行效率，通過分組的方式避免劃分隱私預(yù)算帶來的額外誤差，提供頻率估計(jì)和均值估計(jì)的準(zhǔn)確率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及信息安全技術(shù)領(lǐng)域，具體而言涉及一種面向邊緣計(jì)算的數(shù)據(jù)采集隱私保護(hù)方法。

背景技術(shù)

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的飛速發(fā)展，邊緣計(jì)算的網(wǎng)絡(luò)計(jì)算模式將云中心的任務(wù)卸載到邊緣側(cè)，邊緣計(jì)算有效解決了云計(jì)算場(chǎng)景中服務(wù)器計(jì)算壓力大，網(wǎng)絡(luò)帶寬負(fù)載高，終端數(shù)據(jù)處理效率低等問題，但是從隱私保護(hù)的角度，邊緣計(jì)算的中心服務(wù)器是不可信的，容易發(fā)生隱私泄露的問題，其次，邊緣節(jié)點(diǎn)往往負(fù)責(zé)一個(gè)區(qū)域內(nèi)與終端設(shè)備的交互，相較于中心服務(wù)器，其能力有限，抵御隱私攻擊的能力更差；此外，邊緣計(jì)算中的數(shù)據(jù)規(guī)模大、相關(guān)性強(qiáng)以及多源異構(gòu)等特性使得在面對(duì)數(shù)據(jù)收集任務(wù)時(shí)，傳統(tǒng)的隱私保護(hù)手段很難發(fā)揮作用；

在現(xiàn)有技術(shù)中，對(duì)隱私保護(hù)的工作通常使用本地差分隱私技術(shù)完成客戶端到服務(wù)器的鍵值對(duì)隱私數(shù)據(jù)收集任務(wù)，但在邊緣計(jì)算的場(chǎng)景下想要完成鍵值數(shù)據(jù)高頻項(xiàng)的識(shí)別以及其頻率和均值估計(jì)等任務(wù)，直接使用傳統(tǒng)的方法不太合適，主要面臨以下問題：

1、邊緣節(jié)點(diǎn)計(jì)算資源的浪費(fèi)，邊緣節(jié)點(diǎn)有一定的數(shù)據(jù)收集和處理能力，雖然在整個(gè)架構(gòu)中屬于不可信的計(jì)算節(jié)點(diǎn)，但是如果合理利用其計(jì)算能力，將會(huì)提高整個(gè)隱私數(shù)據(jù)收集框架的效率和數(shù)據(jù)可用性；

2、使用GRR相關(guān)的機(jī)制時(shí)，通信開銷為O(logd)，但是準(zhǔn)確性較差，而使用基于 UE的相關(guān)方法時(shí)，通信開銷為O(d)，這里的d是用戶擁有的所有可能的值的個(gè)數(shù)，即 key域的大小，通信開銷和d成正相關(guān)，在邊緣計(jì)算中，數(shù)據(jù)傳輸?shù)膱?chǎng)景較多，對(duì)通信開銷比較敏感，面對(duì)維度過大的數(shù)據(jù)時(shí)，通信開銷和存儲(chǔ)開銷較難接受；

3、傳統(tǒng)的隱私預(yù)算劃分方式對(duì)于key-value數(shù)據(jù)收集任務(wù)來說利用率不高，沒有符合邊緣計(jì)算場(chǎng)景的預(yù)算分配方式。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種面向邊緣計(jì)算的數(shù)據(jù)采集隱私保護(hù)方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中的問題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

一種面向邊緣計(jì)算的數(shù)據(jù)采集隱私保護(hù)方法，通過包括用戶端、邊緣節(jié)點(diǎn)、以及中心服務(wù)器的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，當(dāng)用戶端所有用戶數(shù)據(jù)映射至各個(gè)邊緣節(jié)點(diǎn)時(shí)，針對(duì)所有邊緣節(jié)點(diǎn)執(zhí)行以下步驟：

步驟Ⅰ、針對(duì)每個(gè)邊緣節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的用戶，按照預(yù)設(shè)比例數(shù)量隨機(jī)劃分為用戶組A、用戶組B、用戶組C三組，進(jìn)行數(shù)據(jù)的分組交互；

針對(duì)用戶組A，從用戶組A對(duì)應(yīng)的用戶私有集中隨機(jī)獲取一個(gè)鍵值對(duì)k,v，鍵 k、值v分別對(duì)應(yīng)一種用戶屬性，對(duì)用戶組A中鍵k進(jìn)行哈希值計(jì)算并對(duì)哈希值進(jìn)行擾動(dòng)，將擾動(dòng)值、以及哈希函數(shù)上傳至邊緣節(jié)點(diǎn)，隨后進(jìn)入步驟Ⅱ；

步驟Ⅱ、分別針對(duì)各個(gè)邊緣節(jié)點(diǎn)值域內(nèi)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(duì)應(yīng)生成篩選向量，并將篩選向量發(fā)送至中心服務(wù)器；

中心服務(wù)器接收所有邊緣節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的篩選向量后，對(duì)篩選向量進(jìn)行聚合，生成候選集；

步驟Ⅲ、隨機(jī)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，得到交集長(zhǎng)度，獲得交集長(zhǎng)度對(duì)應(yīng)的擾動(dòng)值，將擾動(dòng)值上傳至邊緣節(jié)點(diǎn)，更新邊緣節(jié)點(diǎn)中的數(shù)據(jù)，生成篩選向量，并將篩選向量發(fā)送至中心服務(wù)器，對(duì)篩選向量進(jìn)行聚合，獲取用戶私有集的填充長(zhǎng)度；