一种隐私保护优化方法、系统、设备及介质与流程

本发明涉及信息物理系统与隐私计算，特别是一种隐私保护优化方法、系统、设备及介质。

背景技术：

1、在信息物理系统与云外包计算场景中，资源受限的设备常将二次优化问题的求解任务外包至计算方，但现有基于加法同态加密的隐私保护方法难以直接支持实数域下的迭代计算，且求解过程中对偶变量的符号信息和中间结果的零值信息容易泄露，导致攻击者可借此反推敏感数据，因此亟需一种既能支持实数密文迭代运算、又能隐藏符号与零值信息的隐私保护优化方法。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

2、第一方面，本发明提供了一种隐私保护优化方法，包括数据拥有方对私有实数数据进行定点编码，得到整数数据；对整数数据执行二进制分块截断处理，划分为多个块数据；采用加法同态加密算法加密各块数据，并将加密后的块数据发送至计算方；

3、计算方基于接收到的块数据，与解密方交互执行安全加法协议和安全比较协议，其中，安全加法协议用于在密文域执行带进位处理的块数据加法，安全比较协议利用最高位块符号位判断密文域数据大小关系；

4、计算方与解密方交互进行迭代处理，其中每轮迭代中利用安全加法协议更新候选对偶变量，利用安全比较协议进行非负投影，得到更新后的对偶变量密文，并重复迭代直至满足收敛条件输出目标对偶变量密文；

5、计算方根据目标对偶变量密文计算目标密文，并发送至解密方；

6、解密方解密后对解密结果执行定点编码逆映射，恢复实数形式的目标解。

7、作为本发明的隐私保护优化方法的一种优选方案，其中：执行安全加法协议，包括：

8、计算方对各块数据添加随机掩码后发送至解密方；

9、解密方解密后执行模运算和整数除法，得到盲化后的块内值和进位辅助值，重新加密后返回；

10、计算方根据返回结果判断当前块加法是否产生进位，并逐块恢复加法结果密文，其中，进位判断过程中使用随机比特混淆比较顺序以隐藏真实进位关系。

11、作为本发明的隐私保护优化方法的一种优选方案，其中：执行安全比较协议，包括：

12、计算方提取待比较数据差值的最高位块，添加随机掩码后发送至解密方；

13、解密方执行模运算和整数除法后返回加密的余数和商；

14、计算方使用随机比特随机交换比较顺序，并利用随机数盲化比较差值后发送至解密方；

15、解密方解密后判断解密结果是否大于零，并根据判断结果设置加密的比较结果返回；

16、计算方根据随机比特恢复真实的比较结果密文。

17、作为本发明的隐私保护优化方法的一种优选方案，其中：迭代处理采用投影梯度上升法更新对偶变量；

18、迭代处理，包括：

19、计算方根据当前对偶变量密文和公开系统参数同态计算梯度；

20、计算方通过安全加法协议将梯度与步长加权后与当前对偶变量相加，得到候选对偶变量密文；

21、非负投影是基于计算方调用安全比较协议将候选对偶变量密文与零进行比较，并根据比较结果选择保留候选值或置为零。

22、作为本发明的隐私保护优化方法的一种优选方案，其中：二进制分块截断处理，包括：

23、基于数据拥有方将整数数据的二进制字符串按照预设的块数量和每块位数划分为多个连续的数据块；

24、其中，最高位块包含符号位信息，且所有数据使用相同的分块参数。

25、作为本发明的隐私保护优化方法的一种优选方案，其中：定点编码逆映射是基于解密方根据编码时采用的定点表示参数，将解密得到的整数结果恢复为对应的实数。

26、作为本发明的隐私保护优化方法的一种优选方案，其中：收敛条件为相邻两次迭代对偶变量差值的无穷范数小于预设阈值。

27、第二方面，本发明提供了一种隐私保护优化系统，包括：加密发送模块，用于数据拥有方对私有实数数据进行定点编码，得到整数数据；对整数数据执行二进制分块截断处理，划分为多个块数据；采用加法同态加密算法加密各块数据，并将加密后的块数据发送至计算方；

28、交互执行模块，用于计算方基于接收到的块数据，与解密方交互执行安全加法协议和安全比较协议，其中，安全加法协议用于在密文域执行带进位处理的块数据加法，安全比较协议利用最高位块符号位判断密文域数据大小关系；

29、迭代输出模块，用于计算方与解密方交互进行迭代处理，其中每轮迭代中利用安全加法协议更新候选对偶变量，利用安全比较协议进行非负投影，得到更新后的对偶变量密文，并重复迭代直至满足收敛条件输出目标对偶变量密文；

30、计算发送模块，用于计算方根据目标对偶变量密文计算目标密文，并发送至解密方；

31、解密恢复模块，用于解密方解密后对解密结果执行定点编码逆映射，恢复实数形式的目标解。

32、第三方面，本发明提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，存储器存储有计算机程序，处理器执行计算机程序时实现如上的方法的步骤。

33、第四方面，本发明提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现如上的方法的步骤。

34、与现有技术相比，本发明的有益效果：通过定点编码与映射机制，将实数数据转换为整数域表示并构建逆映射，实现了在保证计算精度的前提下解决了同态加密难以直接支持实数优化计算的难题；进一步的，通过采用基于块数据的截断映射方法，对编码数据进行分块处理，可以使单个数据块无法反映原始数据的符号及数值信息，从而有效抑制中间变量引发的隐私泄漏风险；更进一步的，通过设计安全加法协议实现密文进位处理、设计隐私保护比较协议实现密文域安全比较，还能实现在不泄露中间计算结果的前提下保证计算过程的正确与安全；此外，本方法通过在密文域中完成二次优化问题的迭代求解，既保障数据隐私又获得最优解，同时还有效降低了密文膨胀与计算开销，提升了整体计算效率与系统实用性。

1.一种隐私保护优化方法，其特征在于：包括：

2.如权利要求1所述的一种隐私保护优化方法，其特征在于：所述执行安全加法协议，包括：

3.如权利要求2所述的一种隐私保护优化方法，其特征在于：执行所述安全比较协议，包括：

4.如权利要求1-3任一所述的一种隐私保护优化方法，其特征在于：所述迭代处理采用投影梯度上升法更新对偶变量；

5.如权利要求4所述的一种隐私保护优化方法，其特征在于：所述二进制分块截断处理，包括：

6.如权利要求1或4所述的一种隐私保护优化方法，其特征在于：所述定点编码逆映射是基于解密方根据编码时采用的定点表示参数，将解密得到的整数结果恢复为对应的实数。

7.如权利要求6所述的一种隐私保护优化方法，其特征在于：所述收敛条件为相邻两次迭代对偶变量差值的无穷范数小于预设阈值。

8.一种隐私保护优化系统，应用如权利要求1-7任一所述的方法，其特征在于，包括：

9.一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至7中任一项所述的方法的步骤。

10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至7中任一项所述的方法的步骤。