针对用户对于部分服务器退出的具有缓存层的安全聚合方法技术

本发明专利技术公开了一种针对用户对于部分服务器退出的具有缓存层的安全聚合方法。方法实施过程包括缓存层服务器侧噪声随机变量的设计，用户上载消息的编码，服务器间共享消息的编码，服务器恢复未接收到的用户上载消息的解码，模拟中心与服务器间通信消息的编码和模拟中心对于接收消息的解码。这一方法可适用于每个用户分别对于任意不多于N

【技术实现步骤摘要】
针对用户对于部分服务器退出的具有缓存层的安全聚合方法


[0001]本专利技术涉及信息论
，尤其是一种针对K个用户、N个缓存层服务器、每个用户分别对于任意不多于N
‑
N
r
个服务器掉队、任意不多于N
‑
N
r
个服务器对于模拟中心掉队和任意不超过T(T＜N
r
)个数服务器共谋的安全聚合方法。

技术介绍

[0002]在安全聚合问题中，大多数工作关注的都是用户已经知道模拟中心的目标统计量，并且各个用户之间是可以互相共享信息的。但在目标统计量随时间变化或模拟中心不希望用户知晓目标统计量的应用场景下，研究用户不知道模拟中心目标统计量并且各个用户无法互相共享信息的情况是有意义的。此外，当考虑加入一组缓存层服务器时，研究某个用户对于部分服务器退出的情况也是有意义的。而本专利技术研究一个具有缓存层的安全聚合问题，提出了一种用户对于部分服务器退出的具有缓存层的安全聚合方法。

技术实现思路

[0003]技术问题：本专利技术所要解决的技术问题在于，提供一种针对K个用户、N个缓存层服务器、每个用户分别对于任意不多于N
‑
N
r
个服务器掉队、任意不多于N
‑
N
r
个服务器对于模拟中心掉队和任意不超过T(T＜N
r
)个数服务器共谋的安全聚合方法。利用范德蒙矩阵针对目标统计量编码得到用户上载消息，服务器向模拟中心发送的消息和模拟中心为了得到统计量的解码步骤。另外，针对用户对于部分服务器退出的问题，编码设计缓存层服务器侧噪声随机变量和服务器间共享消息以恢复服务器未接收到的用户上载消息，得到了针对用户对于部分服务器退出的具有缓存层的安全聚合方法。
[0004]技术方案：本专利技术采用的技术方案如下：
[0005](1)受信任的第三方给缓存层中的服务器n∈[N]分发服务器侧的噪声随机变量Z
n
。
[0006](2)每个用户k∈[K]都有一个私有消息W
k
，每个消息包含中的L个符号，每个用户k向每个服务器n∈[N]发送一条消息D
k,n
。
[0007](3)未掉队的服务器i∈N
A
成功接收到来自用户k∈K
i
的消息，向其他服务器请求自己未接收到的用户消息的相关信息，即请求关于用户k∈[K]\K
i
的消息。
[0008](4)对于来自服务器i的关于用户k的消息的请求，如果服务器n的收到了来自用户k的消息，即k∈K
n
，服务器n向服务器i发送共享消息其中由Z
n,i
等分为K块并取第k块得到，即
[0009](5)服务器n从接收到的共享消息中恢复出自己未接收到的用户上载消息D
k,n
(k∈[K]\K
i
)。
[0010](6)当模拟中心(SC)接收到一个统计请求并将系数向量f＝(f1,...f
K
)共享给所有
服务器时，服务器n根据所需的统计任务的系数向量，向模拟中心发送消息
[0011](7)模拟中心根据接收到的消息解码出目标统计量
[0012]其中，服务器n处的噪声随机变量Z
n
的编码方式如下：
[0013][0014][0015]其中表示S
n
的第i行；Q
n,i
(n∈[N],i∈[N
r
‑
1])是受信任的第三方在上生成的N(N
r
‑
1)个i.i.d的1
×
KL的行向量，向量中的每个元素独立同分布并且服从均匀分布。另外，编码矩阵G
n
、G'
n
、和S
n
由系统中所有实体都知道的在上互不相同的产生：
[0016][0017][0018]上载消息D
k,n
的编码步骤如下：
[0019]用户k独立地在上生成一个1
×
LT/(N
r
‑
T)的行向量F
k
，向量中的每个元素独立同分布并且服从均匀分布。然后用户k将私有消息W
k
均匀分为N
r
‑
T部分，用户侧的随机变量F
k
均匀分为T个部分，即：
[0020][0021]对于每个用户k发送给服务器n的消息D
k,n
，编码方式如下：
[0022][0023]其中，α
i
，i∈[N
r
]是来自有限域上不同的元素值，和噪声随机变量Z
n
编码中使用的一致。
[0024]恢复未接收到的用户上载消息D
k,n
的解码方式如下：
[0025]当服务器n接收到N
r
个关于用户k的消息时开始解码计算。这N
r
个消息来自服务器集将此时收到的消息组成消息矩阵即：
[0026][0027]将编码矩阵S
n
中的对应的部分，即第行取出组成新的矩阵计算
并取出结果的第一行得到要恢复的用户上载消息，即：
[0028][0029]的解码步骤如下：
[0030]模拟中心接收到N
r
个消息时开始解码计算：
[0031][0032]其中，N
C
＝{n1,n2,
…
,n
Nr
}表示此时收到的用户集，合并解码结果得到目标统计量
[0033][0034]有益效果：本专利技术提出了一种针对用户对于部分服务器退出的安全聚合问题的一般性方法，可以适用于K个用户、N个缓存层服务器、每个用户分别对于任意不多于N
‑
N
r
个服务器掉队、任意不多于N
‑
N
r
个服务器对于模拟中心掉队和任意不超过T(T＜N
r
)个数服务器共谋的情况。保证了计算结果的正确性和用户隐私数据的安全性，并且第一跳和第二跳通信速率最小。相比于现有的安全聚合方法，本专利技术考虑加入了由一组服务器组成的缓存层的安全聚合问题的模型，新的模型在目标统计量随时间变化或模拟中心不希望用户知晓目标统计量时，仍然可以保证目标统计量计算的正确性和用户隐私数据的安全性；在新的模型下，利用范德蒙矩阵的性质合理设计缓存层服务器侧随机噪声变量的分配和服务器间的通信消息保证了在每个用户分别对于任意不多于N
‑
N
r
个服务器掉队的情况下计算结果的正确性和用户隐私数据的安全性。
附图说明
[0035]图1为K个用户，N个缓存层服务器的系统模型。
[0036]图2为2个用户，4个缓存层服务器，N1＝{1,2,4}，N2＝{1,2,3}情况的系统本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种针对用户对于部分服务器退出的具有缓存层的安全聚合方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)受信任的第三方给缓存层中的服务器n∈[N]分发服务器侧的噪声随机变量Z
n
；(2)每个用户k∈[K]都有一个私有消息W
k
，每个消息包含有限域中的L个符号，每个用户k向每个服务器n∈[N]发送一条消息D
k,n
；(3)未掉队的服务器i∈N
A
成功接收到来自用户k∈N
i
的消息，向其他服务器请求自己未接收到的用户消息的相关信息，即请求关于用户k∈[K]\K
i
的消息；(4)对于来自服务器i的关于用户k的消息的请求，如果服务器n的收到了来自用户k的消息，即k∈K
n
，服务器n向服务器i发送共享消息其中由Z
n,i
等分为K块并取第k块得到，即(5)服务器n从接收到的共享消息中恢复出自己未接收到的用户上载消息D
k,n
(k∈[K]\K
i
)；(6)当模拟中心SC接收到一个统计请求并将系数向量f＝(f1,
…
f
K
)共享给所有服务器时，服务器n根据所需的统计任务的系数向量，向模拟中心发送消息(7)模拟中心根据接收到的消息N
B
表示成功向模拟中心发送消息的服务器的集合，解码出目标统计量2.如权利要求1所述的针对用户对于部分服务器退出的具有缓存层的安全聚合方法，其特征在于，步骤(1)中服务器n处的噪声随机变量Z
n
的编码方式如下：的编码方式如下：其中表示编码矩阵S
n
的第i行；Q
n,i
(n∈[N],i∈[N
r
‑
1])是受信任的第三方在上生成的N(N
r
‑
1)个i.i.d的1
×
KL的行向量，N
r
表示每个用户至少成功上载消息的服务器的数量，向量中的每个...

【专利技术属性】
技术研发人员：康维，陆沁怡，刘楠，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：