模型指纹约束的输入表示分解、保护与重构方法及系统

本发明涉及信息传输与通信安全，具体涉及一种模型指纹约束的输入表示分解、保护与重构方法及系统。

背景技术：

1、在高维模型通过网络协同运行以及分布式通信的场景中，终端设备通常需要经过多个中继路由节点，将高维计算输入数据发送至远端节点，为保障传输过程中用户意图及核心资产相关信息的机密性，现有通信方案通常采用端到端方式，对应用层数据进行全量加密封装，随着输入序列长度和特征维度不断增加，全量加密会明显增加物理信道的带宽占用以及加解密计算开销，同时，中间中继节点无法再读取报文流中的相关特征，因而难以根据这些特征进行流量调度、负载均衡和报文缓存，如果为了保留中继节点的路由调度能力，只对局部敏感字段进行过滤，其余非敏感载荷仍以明文形式传输，那么由于高维数据之间存在上下文关联，这些明文载荷组合后仍可能反映任务语义，因而仍存在被截获后用于逆向推断而造成信息泄露的风险。

2、针对上述传输开销与路由感知之间的矛盾，现有技术尝试从协同计算与秘密切片协议层面寻求平衡，例如，公开号为cn117527235a的中国发明专利申请公开了一种基于算法秘密共享支持两方常数轮通信的密态cnn推理方法及系统，将原始输入数据拆分为多个密态分量并分发至不同服务器，通过服务器间的多轮交互协议完成密态推理，然而，该类方案高度依赖分布式节点间的多轮协同通信与时序同步，各子分量在传输链路中均处于无序的离散密态，致使中间网络中继节点依然无法提取载荷特征以展开流分类与队列调度；此外，其秘密切片机制未与目标接收端的底层物理模型指纹建立代数映射绑定，在数据包遭遇非授权重定向或旁路截获时，无法从数据表示层面阻断越权推演，通用的特征压缩和低秩分解算法主要关注平均重构保真度，难以限制未加密载荷被用于逆向推断，另一方面，传统通信协议主要在网络寻址层完成报文投送，传输载荷本身并未与目标接收端的物理计算实体建立能够由数据表示直接体现的刚性绑定关系，当数据包在通信信道中被网络重定向，或者被投送到未经授权的镜像节点时，现有方式难以从数据表示层面阻止非授权实体继续执行推理计算，也难以避免越权使用。

3、因此，在物理信道资源受限且中继网络不可信的情况下，如何降低高维模型输入表示的传输带宽占用，保留中继网络对报文流的基本感知和路由调度能力，降低传输过程中被截获并用于逆向推断的风险，同时使传输载荷与授权的目标接收端计算实体形成排他性绑定，成为本发明所要解决的技术问题。

技术实现思路

1、本发明提供一种模型指纹约束的输入表示分解、保护与重构方法，以解决在高维模型协同计算与不可信中间网络环境下，高维输入表示全量密码保护开销大、中间节点路由调度能力丧失、信道截获推断风险高以及载荷与接收端计算实体缺乏排他性绑定的问题；本技术方案以输入表示的模型指纹约束正交分解、关键表示分量保护与模型专属重构为核心，信道指标自适应调控、中继队列优先级调度、多路径网络传输与跨租户硬件校验作为可选的扩展优化实施方式。

2、所采用的技术方案具体如下：包括以下步骤：

3、步骤s1，发送端获取待传输输入序列与目标接收端模型的公开绑定描述，通过前端编码算子将待传输输入序列转换为模型计算表示矩阵；

4、步骤s2，发送端依据公开绑定描述中的目标模型指纹参数矩阵生成目标模型指纹正交投影基矩阵，通过指纹约束分解算子将模型计算表示矩阵正交分解为关键表示分量与公开载体分量；其中，关键表示分量由向目标模型指纹正交投影基矩阵降维投影获得，且关键表示分量的数据规模小于模型计算表示矩阵并构成完整模型表示恢复与预定推理性能的必要分量；公开载体分量由模型计算表示矩阵减去关键表示分量对应的投影重构分量得到，且公开载体分量单独不能达到预设重构、语义恢复或任务性能阈值；

5、步骤s3，发送端生成对称会话密钥，对关键表示分量实施认证加密计算生成关键分量密文与认证标签，将公开载体分量、关键分量密文、认证标签与传输元数据组装为传输数据包，经由网络中继路由节点向目标服务节点发送；

6、步骤s4，目标服务节点接收传输数据包，校验认证标签后解密关键分量密文恢复解密关键表示分量，结合目标模型指纹正交投影基矩阵与公开载体分量重构模型计算表示矩阵，使重构能力受目标模型指纹正交投影基矩阵约束且错误模型或指纹不匹配模型不能实现等价重构，并在重构误差满足容差阈值时注入目标模型计算层完成推理。

7、优选的，步骤s2中生成目标模型指纹正交投影基矩阵包括：发送端实时监测物理传输信道的信噪比、丢包率与可用带宽指标；依据信噪比、丢包率与可用带宽指标动态调控目标模型指纹正交投影基矩阵的截断秩；在信道发生拥塞且可用带宽受限时，下调目标模型指纹正交投影基矩阵的截断秩档位，压缩关键表示分量的传输维度与密文开销；在信道传输状态恢复时，提升截断秩档位以保障重构保真度。

8、优选的，步骤s2中依据公开绑定描述中的目标模型指纹参数矩阵生成目标模型指纹正交投影基矩阵包括：步骤s21，解析公开绑定描述获取目标接收端模型的层间拓扑结构哈希值与权重分布特征多项式，构建初始模型指纹参数矩阵；步骤s22，采集当前传输会话生成的物理随机数，将物理随机数作为扰动种子注入初始模型指纹参数矩阵，生成会话级动态指纹矩阵；步骤s23，对会话级动态指纹矩阵实施奇异值分解与施密特正交化处理，截取前主成分方向构建目标模型指纹正交投影基矩阵。

9、优选的，步骤s2中正交分解生成公开载体分量后还包括：计算公开载体分量相对于敏感语义特征的互信息泄漏量；在互信息泄漏量超过预设安全阈值时，向公开载体分量中注入与目标模型指纹正交投影基矩阵处于正交补空间的反向梯度噪声，使注入反向梯度噪声后的公开载体分量在不破坏路由调度元数据的前提下降低对敏感特征的逆向推断成功率至阈值以下。

10、优选的，步骤s3中经由网络中继路由节点向目标服务节点发送包括：网络中继路由节点截获传输数据包后，直接读取明文状态的公开载体分量与传输元数据；提取公开载体分量中的序列拓扑长度与特征维度参数，结合传输元数据中的服务质量等级标签判定数据流优先级；依据数据流优先级将传输数据包映射至对应的硬件传输队列，在免解密关键分量密文的条件下实施数据包流分类、动态缓存管理以及信道带宽分配。

11、优选的，步骤s3中对关键表示分量实施认证加密计算包括：将公开载体分量与传输元数据串联输入哈希算法生成关联认证数据；利用对称会话密钥通过带有附加数据的关联加密算法，对关键表示分量进行加密输出关键分量密文，并对关联认证数据与关键分量密文实施完整性校验运算输出认证标签，锁定公开载体分量与关键分量密文之间的双向绑定关系。

12、优选的，步骤s3中组装为传输数据包之前还包括：评估当前信道传输队列的时延抖动状态；在时延抖动超过预设时延门限时，对关键表示分量实施基于非结构化稀疏掩码的矩阵压缩；对压缩后的非零元素实施定点整型量化处理以压缩数据负载；将量化步长参数与非零索引掩码打包写入关键分量密文的扩展载荷段，供目标服务节点在解密后实施反量化恢复。

13、优选的，步骤s1中获取目标接收端模型的公开绑定描述还包括：在多租户协同推理网关环境中，发送端读取公开绑定描述中包含的目标接收端模型物理硬件标识与租户访问令牌；通过跨租户隔离算法校验物理硬件标识与租户访问令牌的一致性；跨租户隔离算法在硬件安全存储介质内建立加密二元对偶校验链路，并在校验匹配时激活模型指纹约束通道。

14、优选的，步骤s3与步骤s4之间还包括：发送端将传输数据包拆分为承载明文公开载体分量的第一子数据流，以及承载关键分量密文与认证标签的第二子数据流；将第一子数据流调度至高带宽中继网络路径传输，并将第二子数据流调度至低时延安全隧道传输；目标服务节点在协议解析层对抵达的多路径子数据流实施序列号对齐与乱序重组，在校验认证标签通过后合并重组出完整的传输数据包。

15、一种模型指纹约束的输入表示分解、保护与重构系统，用于实现模型指纹约束的输入表示分解、保护与重构方法，包括：发送端处理单元、网络中继调度单元以及目标服务重构单元；

16、发送端处理单元，用于获取待传输输入序列与目标接收端模型的公开绑定描述，通过前端编码算子将待传输输入序列转换为模型计算表示矩阵；依据公开绑定描述中的目标模型指纹参数矩阵生成目标模型指纹正交投影基矩阵，通过指纹约束分解算子将模型计算表示矩阵正交分解为关键表示分量与公开载体分量，其中关键表示分量的数据规模小于模型计算表示矩阵并构成完整模型表示恢复与预定推理性能的必要分量，公开载体分量单独不能达到预设重构、语义恢复或任务性能阈值；生成对称会话密钥，对关键表示分量实施认证加密计算生成关键分量密文与认证标签，将公开载体分量、关键分量密文、认证标签与传输元数据组装为传输数据包；

17、网络中继调度单元，通信连接于发送端处理单元与目标服务重构单元之间，用于经由网络中继路由节点向目标服务重构单元转发传输数据包，或依据公开载体分量调度传输数据包的传输队列；

18、目标服务重构单元，用于接收传输数据包，校验认证标签后解密关键分量密文恢复解密关键表示分量，结合目标模型指纹正交投影基矩阵与公开载体分量重构模型计算表示矩阵，使重构能力受目标模型指纹正交投影基矩阵约束且错误模型或指纹不匹配模型不能实现等价重构，并在重构误差满足容差阈值时注入目标模型计算层完成推理。

19、本发明提出了一种模型指纹约束的输入表示分解、保护与重构方法及系统，本发明的有益效果是：

20、1、在模型指纹约束的输入表示分解、保护与重构中，通过目标模型指纹正交投影基矩阵将模型计算表示矩阵分解为公开载体分量和关键表示分量，并仅对关键表示分量实施认证加密，使需要加密和传输的密文数据量得到压缩，由此能够减少物理信道的带宽占用，降低发送端与目标接收端的加解密计算开销和数据传输时延，减轻端到端全量加密方式容易造成的信道拥塞和通信吞吐受限问题。

21、2、公开载体分量在保持明文传输的同时，降低敏感输入特征被逆向恢复的可能性，能够减少旁路监听条件下由明文数据引起的信息泄露风险，与此同时，中间网关和中继路由节点可以直接读取公开载体分量中的相关信息，无需解密关键分量密文即可进行数据流分类、动态缓存管理和信道流量调度，这样既保障了关键表示分量的传输机密性，又使中继节点仍具备必要的流量感知和资源调度能力，避免全量加密后中间节点无法参与网络调度的问题。

22、3、根据物理传输信道的信噪比、丢包率和可用带宽等状态动态调整目标模型指纹正交投影基矩阵的截断秩，使关键表示分量的传输维度能够随信道状态变化，当带宽受限或信道拥塞时，可以减少密文传输开销；当信道状态恢复时，则能够兼顾模型计算表示矩阵的重构保真度，因此，可在传输开销与重构质量之间进行动态调整，提高系统对不同信道状态的适应能力。