分布式多方协作深度学习的安全与隐私保护
批准号:
62072356
项目类别:
面上项目
资助金额:
56.0 万元
负责人:
吕锡香
依托单位:
学科分类:
信息安全
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
吕锡香
中文摘要
联邦学习和面向多数据中心的协作深度学习将是未来深度学习在现实中真正落地应用的主流范式。这种分布式的多方协作深度学习模式因暴露了更多的攻击面而面临诸多新的安全挑战和隐私威胁。本项目针对分布式多方协作深度学习中隐私攻击、拜占庭攻击和后门攻击的新模式,研究模型性能优化和数据隐私保护双重约束下的攻击检测和安全防御问题。内容包括:分布式多方协作深度学习中隐私泄露的深层机理与隐私保护模型;拜占庭模式下参与者隐私性和模型正确性双重目标的一致逼近;分布式多方协作深度学习的后门攻击防御和后门模型净化。本项目交叉融合密码学、博弈论和对抗学习等多领域理论与方法,在协作训练的各个关键环节全方位发力,突破其安全防御和隐私保护的系列关键技术,构建安全的分布式多方协作深度学习模型,并研发原型系统,为应用部署提供技术支撑。研究成果将助力于打通数据孤岛,在隐私保护法规范围内充分利用分散的小规模数据发展基于AI的服务和产业。
英文摘要
The multi-party cooperative deep learning, such as federated learning and collaborative deep learning for multiple data centers, will be the mainstream paradigm of deep learning in the future practical applications. In the real application environment, this cooperative mode faces many new security challenges and privacy threats because it exposes more vulnerable surfaces. This project focuses on the privacy attacks, Byzantine attacks and backdoor attacks aiming at multi-party cooperative deep learning, and aims to design the schemes for detecting attacks and defensing the models with the double constraints of model performance optimization and data privacy protection. The specific contents include: studying the deep mechanism of privacy disclosure and designing multi-party cooperative deep learning models with privacy preserving, designing multi-party cooperative deep learning models with both privacy preserving and high performance in the Byzantine environment, designing the methods to purify the backdoor models after cooperatively deep learning among multiple parties. In this project, we will synthetically utilize the theories and methods from cryptography, game theory and adversary learning to break through the key technologies, construct a secure multi-party collaborative deep learning model, and then develop a prototype system to provide technical support for application deployment. The contributions of this project will help to solve the problem of isolated data island and make full use of scattered small-scale data to develop AI based services and industries within the scope of privacy protection regulations.
联邦学习和面向多数据中心的协作深度学习将是未来深度学习在现实中真正落地应用的主流范式。这种分布式的多方协作深度学习模式因暴露了更多的攻击面而面临诸多新的安全挑战和隐私威胁。本项目针对分布式多方协作深度学习中隐私攻击、拜占庭攻击和后门攻击的新模式,研究模型性能优化和数据隐私保护双重约束下的攻击检测和安全防御问题。主要结果包括:解决了分布式多方协作深度学习下潜在的隐私泄露风险,设计了基于多密钥同态加密和函数加密的联邦学习隐私保护方案,并在医疗领域现实场景下进行优化,利用区块链存储结构构建了安全的数据共享方案;在物联网场景下设计了基于区块链的可验证图像搜索方案,同时保证隐私性和搜索的高效性;提出了一种基于注意力的拜占庭鲁棒联邦学习聚合框架,结合了注意力聚合方法和向量滤波技术,加速了全局模型的收敛,能够有效地抵抗大多数拜占庭攻击;设计了深度学习模型在训练阶段和推理阶段的多种后门防御通用范式,结合深度学习中的知识蒸馏、反学习等技术,能够在不同场景下显著提高深度学习模型的安全性和鲁棒性;研发了深度学习后门安全增强、隐私保护的联邦学习等原型系统。本项目成果解决了深度学习模型安全和隐私保护的关键问题,实际推进了深度学习模型后门安全防御领域的研究进展,将为分布式多方协作深度学习在现实场景中安全应用提供关键技术支持。
空间网络大时延间歇容忍的密钥交换与短标签认证
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批准号:61472308
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项目类别:面上项目
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资助金额:81.0万元
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批准年份:2014
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负责人:吕锡香
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依托单位:
安全协同计算中群密钥的同态提取与通用构造
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批准号:61202388
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项目类别:青年科学基金项目
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资助金额:25.0万元
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批准年份:2012
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负责人:吕锡香
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依托单位:
国内基金
海外基金