[發明專利]一種隱私保護的群智感知數據恢復方法及系統

有效

• 申請號: 202210579674.6
• 申請日: 2022-05-26
• 公開（公告）號: CN114969783B
• 公開（公告）日: 2023-08-29
• 發明（設計）人: 鄭宜峰;周孟倫;王松磊
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學（深圳）
• 主分類號: G06F21/60
• 分類號: G06F21/60;G06F21/62;G06F11/14
• 代理公司: 深圳市君勝知識產權代理事務所(普通合伙) 44268
• 代理人: 陳專;李曉鳳

1.一種隱私保護的群智感知數據恢復方法，其特征在于，所述方法包括：

位置混淆終端通過偽隨機置換函數對真實位置的行/列坐標施加隨機置換，生成混淆行/列坐標，基于真實位置的行/列坐標和預設私鑰生成行/列坐標令牌，基于所述行/列坐標令牌生成行/列綁定集合，所述行/列綁定集合中包括所有的混淆行/列坐標和對應的行/列坐標令牌的計算結果，并基于所述預設私鑰生成預設公鑰；

數據采集終端對自身的行/列坐標進行盲化處理，得到盲化信息，將所述盲化信息發送給所述位置混淆終端，所述位置混淆終端采用所述預設私鑰對所述盲化信息進行簽名，得到簽名信息，將所述簽名信息、所述預設公鑰和所述行/列綁定集合發送至所述數據采集終端，以使得所述數據采集終端根據所述簽名信息、所述預設公鑰和所述行/列綁定集合計算本地令牌，并根據所述本地令牌、自身真實行/列坐標和所述行/列綁定集合生成自身的行/列坐標對應的混淆行/列坐標；

所述數據采集終端基于加性秘密共享生成第一加密感知數據和第二加密感知數據，所述第一加密感知數據和所述第二加密感知數據分別為所述數據采集終端的感知數據的秘密份額，所述數據采集終端將第一報告發送至第一計算終端，將第二報告發送至第二計算終端，所述第一報告中包括所述數據采集終端的混淆坐標和所述第一加密感知數據，所述第二報告中包括所述數據采集終端的混淆坐標和所述第二加密感知數據，以使得所述第一計算終端構建位置混淆的第一感知數據矩陣，所述第二計算終端構建位置混淆的第二感知數據矩陣，所述第一感知數據矩陣和所述第二感知數據矩陣的和為位置混淆的感知數據矩陣；

所述第一計算終端和所述第二計算終端基于加性秘密共享，根據所述第一感知數據矩陣和所述第二感知數據矩陣執行數據恢復算法中的計算，在密文域對位置混淆的所述感知數據矩陣中的感知數據進行恢復，分別得到位置混淆的數據恢復矩陣的加性秘密共享份額，所述第一計算終端和所述第二計算終端分別將本地持有的位置混淆的數據恢復矩陣的加性秘密共享份額發送給數據需求終端；

所述數據需求終端恢復得到位置混淆的所述數據恢復矩陣，所述數據需求終端從所述位置混淆終端中獲取所述偽隨機置換函數的置換秘鑰，根據所述置換秘鑰對位置混淆的所述數據恢復矩陣進行逆變換，得到真實位置的所述數據恢復矩陣；

所述位置混淆終端基于真實位置的行/列坐標和預設私鑰生成行/列坐標令牌，基于所述行/列坐標令牌生成行/列綁定集合，包括：

所述位置混淆終端基于第一公式生成行綁定集合，基于第二公式生成列綁定集合；

所述第一公式為：

所述第二公式為：

其中，為所述行綁定集合，為所述列綁定集合，為第i個行坐標，n為行坐標的總個數，為對應的混淆行坐標，為第j個行坐標，m為行坐標的總個數，為對應的混淆列坐標，為行坐標令牌，為列坐標令牌，Γ表示一個階為p的循環群，H:{0,1}^*→Γ表示一個將任意長度的信息映射到Γ中的哈希函數，g表示Γ的生成元，s∈Z_p為所述預設私鑰；

所述位置混淆終端生成的所述預設公鑰為：e＝g^s；

所述數據采集終端對自身的行/列坐標進行盲化處理，得到盲化信息，包括：

所述數據采集終端計算并通過乘以g^r來對行/列坐標進行盲化，得到盲化后的行/列坐標作為所述盲化信息，其中r為Z_p內的一個隨機值；

所述數據采集終端根據所述簽名信息、所述預設公鑰和所述行/列綁定集合計算本地令牌，并根據所述本地令牌、自身真實行/列坐標和所述行/列綁定集合生成自身的行/列坐標對應的混淆行/列坐標，包括：

所述數據采集終端計算所述本地令牌為：其中，為所述簽名信息；

所述數據采集終端通過計算生成自身的行/列坐標對應的混淆行/列坐標；

通過數據恢復算法對數據恢復過程進行細粒度控制；

所述第一計算終端和所述第二計算終端執行的所述數據恢復算法的明文計算過程為：

所述第一計算終端和所述第二計算終端基于梯度下降算法迭代更新第一迭代矩陣和第二迭代矩陣以求解目標函數；

當所述第一迭代矩陣和所述第二迭代矩陣達到收斂條件時，計算終端取所述第一迭代矩陣和所述第二迭代矩陣的乘積作為所述感知數據矩陣；

所述目標函數為：

其中，λ0為拉格朗日乘數，‖·‖_F為Frobenius范數，⊙表示對應位置元素相乘；

在第t次迭代中，所述第一迭代矩陣和所述第二迭代矩陣的更新公式包括第三公式、第四公式、第五公式、第六公式和第七公式；

所述第三公式為：

所述第四公式為：

所述第五公式為：

所述第六公式為：

所述第七公式為：

其中，表示第t次迭代開始時所述第一迭代矩陣矩陣U的第i行，表示第t次迭代中更新后的所述第一迭代矩陣矩陣U的第i行，表示第t次迭代開始時所述第二迭代矩陣矩陣V的第j行，表示第t次迭代中更新后的所述第二迭代矩陣V的第j行，U¹和V¹被初始化為隨機值，γ0為學習參數，表示第t次迭代中矩陣D位置為(i,j)處的值，D為U·V與S之間的近似誤差，W是一個由I中所有非零元素下標組成的向量，S為所述感知數據矩陣，S_ij為S中位置為(i,j)處的值，I表示索引矩陣，I中每個元素用于標識在S中對應位置的元素是否缺失，表示缺失，否則表示未缺失；

所述第一計算終端和所述第二計算終端基于加性秘密共享，根據所述第一感知數據矩陣和所述第二感知數據矩陣執行數據恢復算法中的計算，包括：

所述第一計算終端和所述第二及終端基于加性秘密共享執行所述數據恢復算法中的迭代運算后，所述第一計算終端和所述第二計算終端基于加性秘密共享，通過所述目標函數計算迭代損失；

所述第一計算終端和所述第二計算終端基于加性秘密共享計算矩陣中每個值的平方和作為該矩陣的范數運算結果；

在計算第t次迭代的損失時，所述第一計算終端和所述第二計算終端基于加性秘密共享計算第t+1次迭代中的矩陣D，將第t+1次迭代中的矩陣D作為第t次迭代中I⊙(U·V)-S的計算結果；

所述第一計算終端和所述第二計算終端基于加性秘密共享確定迭代損失是否滿足收斂條件；

在基于加性秘密共享執行所述數據恢復算法中的矩陣乘法時，對于矩陣乘法中的相同乘數，采用同一加密矩陣進行加性秘密共享乘法運算中的隱藏操作。