[發(fā)明專利]基于多密鑰全同態(tài)加密的多用戶隱私保護(hù)機(jī)器學(xué)習(xí)方法及裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202210365746.7
• 申請日: 2022-04-08
• 公開（公告）號: CN114844621B
• 公開（公告）日: 2023-04-07
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 蔣琳;王軒;王泓瀟;顧嘉婧;劉洋;漆舒漢;方俊彬;廖清;張加佳;李曄;吳宇琳;姚霖;陳倩;趙鑫
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)（深圳）;暨南大學(xué)
• 主分類號: H04L9/00
• 分類號: H04L9/00;H04L9/14;H04L9/08;G06N3/04;G06N3/08;G06N3/048;G06N20/00
• 代理公司: 廣州市華學(xué)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44245
• 代理人: 李斌

1.基于多密鑰全同態(tài)加密的多用戶隱私保護(hù)機(jī)器學(xué)習(xí)方法，其特征在于，包括下述步驟：

由公共字符串CRS進(jìn)行多密鑰全同態(tài)加密算法的初始化，包括生成安全參數(shù)λ及生成公共參數(shù)集mkparams，并將公共參數(shù)集mkparams發(fā)送到云服務(wù)器S和每個數(shù)據(jù)提供方DP_i中進(jìn)行初始化；所述多密鑰全同態(tài)加密算法包括公共參數(shù)生成算法、密鑰生成算法、加密算法、解密算法和多密鑰全同態(tài)運(yùn)算算法；所述公共參數(shù)集mkparams通過下述方式生成：

所述公共字符串CRS調(diào)用所述公共參數(shù)生成算法，以安全參數(shù)λ作為公共參數(shù)生成算法的輸入，最終輸出公共參數(shù)集mkparams；

每個數(shù)據(jù)提供方DP_i根據(jù)收到的公共參數(shù)集mkparams通過調(diào)用密鑰生成算法各自獨(dú)立生成密鑰sk_i和評估密鑰evk_i，然后調(diào)用加密算法利用各自的密鑰sk_i對自己本地的數(shù)據(jù)d_i進(jìn)行加密，將單密鑰密文Enc_ski(d_i)和評估密鑰evk_i上傳至服務(wù)器S，服務(wù)器S整合各個數(shù)據(jù)提供方上傳的單密鑰密文數(shù)據(jù)Enc_ski(d_i)得到多密鑰密文數(shù)據(jù)集Enc_sk(D)；所述服務(wù)器S整合各個數(shù)據(jù)方上傳的單密鑰密文數(shù)據(jù)Enc_ski(d_i)得到多密鑰密文數(shù)據(jù)集Enc_sk(D)，具體為：

第i個數(shù)據(jù)提供方DP_i上傳的單密鑰密文數(shù)據(jù)Enc_ski(d_i)是一個p_i×q的密文矩陣，即DP_i上傳的數(shù)據(jù)共有p_i條，每條數(shù)據(jù)包含標(biāo)簽值在內(nèi)共有q個值，服務(wù)器S將每個數(shù)據(jù)提供方上傳的密文首先進(jìn)行填充，將單密鑰的密文結(jié)構(gòu)擴(kuò)展為多密鑰密文結(jié)構(gòu)，然后將其進(jìn)行聚合，得到的多密鑰密文數(shù)據(jù)集Enc_sk(D)是一個p×q的矩陣，其中，即服務(wù)器將所有數(shù)據(jù)提供方上傳的數(shù)據(jù)拼在一起得到共p條數(shù)據(jù)，每條數(shù)據(jù)包含標(biāo)簽值在內(nèi)共有q個值，共p×q個密文；

服務(wù)器S在多密鑰密文數(shù)據(jù)集Enc_sk(D)的基礎(chǔ)上調(diào)用多密鑰全同態(tài)運(yùn)算算法，將普通機(jī)器學(xué)習(xí)算法中的線性運(yùn)算替換為全同態(tài)加法和全同態(tài)乘法，對多密鑰密文數(shù)據(jù)集Enc_sk(D)進(jìn)行機(jī)器學(xué)習(xí)建模訓(xùn)練；所述機(jī)器學(xué)習(xí)建模訓(xùn)練是對密文數(shù)據(jù)采用非線性函數(shù)計算，利用非線性函數(shù)將密文數(shù)據(jù)進(jìn)行線性展開，再利用全同態(tài)運(yùn)算中的加法和乘法進(jìn)行計算；所述非線性函數(shù)采用激活函數(shù)，所述激活函數(shù)計算具體為：

當(dāng)密文數(shù)據(jù)c＝Enc_sk(d)需要進(jìn)行激活函數(shù)計算，則：

服務(wù)器S需要進(jìn)行激活函數(shù)計算，將進(jìn)行泰勒展開，即利用全同態(tài)加法和全同態(tài)乘法完成多密鑰密文c的運(yùn)算最終得到多密鑰密文結(jié)果c'＝Enc_sk(Sigmoid'(d))，而Sigmoid'(d)≈Sigmoid(d)，從而保證計算的精度；

服務(wù)器S在完成密文下的機(jī)器學(xué)習(xí)建模后，將多密鑰加密的模型密文Enc_sk(model)下發(fā)給各個數(shù)據(jù)提供方DP_i和解密方DE；

解密方DE聯(lián)合全部的數(shù)據(jù)提供方DP_i及其各自的密鑰sk_i調(diào)用解密算法依次解密多密鑰模型密文Enc_sk(model)，從而得到由各個數(shù)據(jù)提供方DP_i的數(shù)據(jù)D訓(xùn)練得到的模型model＝Dec_sk(Enc_sk(model))。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于多密鑰全同態(tài)加密的多用戶隱私保護(hù)機(jī)器學(xué)習(xí)方法，其特征在于，所述每個數(shù)據(jù)提供方DP_i將自己本地的數(shù)據(jù)d_i使用密鑰加密之前，還包括下述步驟：

每個數(shù)據(jù)提供方DP_i準(zhǔn)備自己本地的數(shù)據(jù)d_i，對自己本地的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理和提取特征，為機(jī)器學(xué)習(xí)建模做準(zhǔn)備。