[發明專利]一種數據共享的兩階段隱私保護方法

有效

• 申請號: 202110659713.9
• 申請日: 2021-06-15
• 公開（公告）號: CN113360927B
• 公開（公告）日: 2023-03-31
• 發明（設計）人: 毛鶯池;郭宏樂;屠子健;吳明波;王龍寶;程楊堃;吳俊;平萍
• 申請（專利權）人: 河海大學
• 主分類號: G06F21/60
• 分類號: G06F21/60;G06F21/62;G06F21/64
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

1.一種數據共享的兩階段隱私保護方法，針對一個中心服務器和多個客戶端進行數據共享；其特征在于，包括如下步驟：

(1)分布式訓練初始化階段：中心服務器生成初始模型和密鑰對，所述密鑰對包括公鑰和私鑰，向各客戶端分發初始模型和公鑰，中心服務器保存私鑰；

(2)數據上傳階段：初始化后，每個客戶端在本地訓練初始模型，并將訓練好的數據上傳到中心服務器；所述客戶端在將數據上傳到中心服務器之前，使用中心服務器的公鑰執行多對一同態加密，所述多對一同態加密的具體內容為：

假設有n個客戶端，客戶端i上傳的數據為w_i，i＝1，2，3…n；

使用中心服務器的公鑰pk對數據進行多對一同態加密得到加密數據

向中心服務器上傳加密數據

(3)數據安全聚合階段：中心服務器接受到客戶端上傳的所有加密數據之后，對所有數據進行聚合和解密，包括：

中心服務器接受到客戶端上傳的加密數據對其進行安全聚合，得到更新的數據/其中，/是密文操作符號；

在安全聚合后進行數據解密，中心服務器輸出解密后的數據其中，←表示輸出得到；

(4)數據下載階段：采用數字簽名進行數據保護，中心服務器生成簽名后，將簽名與數據一起發送給每個客戶端，所述數據下載階段中，采用一對多零知識數字簽名進行數據保護，具體包括如下內容：

S1:數據通過散列函數生成散列數據H；

S2:隨機生成若干數據塊，所述數據塊中包含一個一元二次方程的系數和根；用散列數據H作為密鑰對數據塊進行加密，得到加密數據；包括：

隨機生成三個64位整數，這三個被稱為a，b和c的數字是一個二次方程的系數，這個方程的根也分別用64位表示，表示為r1和r2，

附加到數據w_sum的簽名的大小有三個塊的長度，每個數據塊大小為128位，a和b組成第一個塊，c和r1組成第二個塊，r2和固定位組成第三個塊，a、b、c、r1、r2的值由前兩個塊和第三個塊的前64位表示，第三個塊的最后64位將用1填充，后面是63個0，在不同塊大小的情況下，第一個64*5位之后的位將是1，然后是全0；

在計算出a、b、c、r1和r2的值并且3個數據塊以上述格式準備好之后，在中心服務器執行以下步驟來簽名數據；

S3:用私鑰sk對步驟S2獲取的加密數據再次加密，生成雙重加密數據；

S4:雙重加密數據作為零知識簽名與數據w_sum一起下發到各個客戶端；

S5:客戶端收到所述零知識簽名與數據w_sum后，進行數據正確性驗證操作；

所述驗證操作為：

S51:提取零知識簽名和數據w_sum；

S52:使用公鑰pk解密零知識簽名，得到H'；

S53:采用和步驟S1相同的方式，對數據w_sum進行散列，得到散列數據H”；

S54將散列數據H”作為密鑰對解密之后的零知識簽名H'再次解密；

S55:按照給定的格式提取一元二次方程的系數和根，檢查根的正確性，如果正確，則下載的內容是真實和完整的，否則將數據丟棄；

(5)客戶端進行新一輪訓練；經過多輪迭代，輸出最終模型。

2.根據權利要求1所述的一種數據共享的兩階段隱私保護方法，其特征在于，在分布式訓練初始化階段，中心服務器通過從模型提供者下載初始模型或從可信客戶端收集數據集來訓練初始模型。

3.根據權利要求2所述的一種數據共享的兩階段隱私保護方法，其特征在于，所述初始模型為神經網絡模型。

4.根據權利要求1所述的一種數據共享的兩階段隱私保護方法，其特征在于，在數據下載階段，還包括客戶端驗證數據是否正確的步驟，當數據驗證正確時，數據被視為可信和完整的，開始下一輪培訓；反之則丟棄數據。