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支持数据隐私保护的联邦深度神经网络模型研究

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自动化学报 2022年第5期48卷 1273-1284页

作者：张泽辉富瑶高铁杠南开大学软件学院天津300071

近些年,人工智能技术已经在图像分类、目标检测、语义分割、智能控制以及故障诊断等领域得到广泛应用,然而某些行业(例如医疗行业)由于数据隐私的原因,多个研究机构或组织难以共享数据训练联邦学习模型.因此,将同态加密(Homomorphic enc... 详细信息

近些年,人工智能技术已经在图像分类、目标检测、语义分割、智能控制以及故障诊断等领域得到广泛应用,然而某些行业(例如医疗行业)由于数据隐私的原因,多个研究机构或组织难以共享数据训练联邦学习模型.因此,将同态加密(Homomorphic encryption,HE)算法技术引入到联邦学习中,提出一种支持数据隐私保护的联邦深度神经网络模型(Privacy-preserving federated deep neural network,PFDNN).该模型通过对其权重参数的同态加密保证了数据的隐私性,并极大地减少了训练过程中的加解密计算量.通过理论分析与实验验证,所提出的联邦深度神经网络模型具有较好的安全性,并且能够保证较高的精度.

关键词：联邦学习深度学习数据隐私同态加密神经网络

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基于类DNA编码分组与替换的加密方案

电子与信息学报 2015年第1期37卷 150-157页

作者：张顺高铁杠南开大学软件学院天津300071

传统加密方案一般基于香农提出的置乱和分散理论进行设计,实验证明,基于位面的图像加密方案具有更好的有效性。该文提出一种新颖的位面层次的基于编码分组与替换的加密算法。该算法首先依据DNA编码以及中心法则对原始媒体进行编码,然后... 详细信息

传统加密方案一般基于香农提出的置乱和分散理论进行设计,实验证明,基于位面的图像加密方案具有更好的有效性。该文提出一种新颖的位面层次的基于编码分组与替换的加密算法。该算法首先依据DNA编码以及中心法则对原始媒体进行编码,然后利用随机置乱分组方案对编码密码子序列进行分组,这样,根据编码后的序列和分组方案可以确定一种任意进制的数制系统。最后,利用基于超混沌系统和该数制系统产生随机加密控制信息,并利用该加密控制信息和分组方案来替换对应的编码后序列,从而实现加密。理论分析和实验结果均表明,该文提出的方案和现有的一些方案相比,具有更好的性能。

关键词：图像处理加密 DNA编码中心法则任意进制超混沌

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再制造逆向供应链检测误差率管理策略

计算机集成制造系统 2016年第10期22卷 2469-2477页

作者：顾巧论高铁杠天津职业技术师范大学经济与管理学院天津300222 南开大学计算机与控制工程学院天津300071

再制造逆向供应链中,废旧产品的再制造需要依次经过回收、检测、拆解和再制造四个环节。基于回收商和再制造商构成的逆向供应链,考虑回收商负责对废旧产品进行检测的情况,研究检测误差率(a和b)对供应链成员库存、利润和市场满足率的影... 详细信息

再制造逆向供应链中,废旧产品的再制造需要依次经过回收、检测、拆解和再制造四个环节。基于回收商和再制造商构成的逆向供应链,考虑回收商负责对废旧产品进行检测的情况,研究检测误差率(a和b)对供应链成员库存、利润和市场满足率的影响。采用系统动力学软件Vensim 5.10建立有检测误差的再制造逆向供应链系统动力学模型,并进行数值算例仿真。仿真结果表明:检测误差率b的减小使再制造商和回收商各自的利润增加,检测误差率a的减小使再制造商的利润增加、回收商的利润减小。通过调整管理策略,确保检测误差率a的减小也使得再制造商利润和回收商利润都增加。研究结果给出了检测误差率缩小的合理范围。

关键词：再制造逆向供应链检测误差率系统动力学

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一种基于几何探测的快速黑盒边界攻击算法

计算机研究与发展 2023年第2期60卷 435-447页

作者：刘昊张泽辉夏晓帆高铁杠南开大学软件学院天津300350

随着深度学习应用的愈发广泛,针对深度学习模型的安全性研究也变得至关重要.在商业应用中,深度学习的模型往往处于应用的底层,一旦对底层模型攻击成功,可能会给商业应用带来巨大的损失.好的攻击算法可以很好的对深度学习模型进行风险评... 详细信息

随着深度学习应用的愈发广泛,针对深度学习模型的安全性研究也变得至关重要.在商业应用中,深度学习的模型往往处于应用的底层,一旦对底层模型攻击成功,可能会给商业应用带来巨大的损失.好的攻击算法可以很好的对深度学习模型进行风险评估,从而避免损失.针对实际场景中存在的Hard-label问题,现存算法解决此问题都需要上万次查询,具有很高的攻击成本,提出了FastGBA(fast geometric boundary attack)攻击算法:一种在样本空间内针对决策边界进行几何探测的攻击算法,初始从具有较大扰动的对抗样本出发,进行二分逼近至决策边界附近,最终在决策边界附近进行邻域几何探测来缩短样本距离.FastGBA攻击算法在4个深度学习模型上同SurFree攻击算法以及HSJA(hop skip jump attack)攻击算法进行了对比实验,在查询次数不超过500次,中等扰动(L2距离≤10)的限制条件下,攻击成功率在4个深度学习模型上相较于SurFree攻击算法提升了14.5%~24.4%,相较于HSJA攻击算法提升了28.9%~36.8%.

关键词：对抗样本黑盒攻击几何攻击自注意力机制深度学习神经网络

支持隐私保护和公平支付的数据完整性验证方案

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计算机研究与发展 2022年第6期59卷 1343-1355页

作者：富瑶李庆丹张泽辉高铁杠南开大学软件学院天津300350

随着云存储模式的出现,越来越多的数据拥有者(data owner,DO)选择将数据移植到云中,为了确保DO存储在云中数据的完整性,DO通常采用云存储数据完整性验证模型.在按需付费的云环境下,DO除了需要支付费用给云服务提供商外,还需要支付额外... 详细信息

随着云存储模式的出现,越来越多的数据拥有者(data owner,DO)选择将数据移植到云中,为了确保DO存储在云中数据的完整性,DO通常采用云存储数据完整性验证模型.在按需付费的云环境下,DO除了需要支付费用给云服务提供商外,还需要支付额外费用给第三方验证者(third party auditor,TPA)用于执行验证操作.然而,在实际的完整性验证中,TPA并不完全可信.为解决TPA不可信问题并且实现服务-支付公平,提出一种支持隐私保护和公平支付的数据完整性验证方案.首先,引入一种新型数据认证结构——基于等级的Merkle散列树,以实现数据位置的完整性验证和数据的可验证动态更新;其次,为实现数据隐私保护并减少通信开销,提出无交互式动态数据完整性证明机制(non-interactive dynamic provable data possession,NIDPDP);最后,结合区块链技术,利用智能合约(smart contract,SC)实现DO、云存储服务器(cloud storage server,CSS)和TPA之间的服务-支付公平,使各方诚实地按照规则执行.性能分析与实验表明:方案能够有效地保护用户数据隐私、实现公平支付,具有较低的计算代价与通信开销.

关键词：云存储完整性验证隐私保护公平支付智能合约

一种基于差分DCT系数对直方图的图像取证方法

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电子学报 2016年第1期44卷 8-13页

作者：杨富圣高铁杠南开大学软件学院天津300071

提出了一种基于差分DCT域系数对直方图的图像拼接篡改检测方法.该方法首先对图像进行DCT变换,而后分别计算DCT系数矩阵的水平、垂直、主对角线、副对角线四个方向的差分DCT系数矩阵,并对得到的差分DCT系数矩阵进行系数对直方图化,提取... 详细信息

提出了一种基于差分DCT域系数对直方图的图像拼接篡改检测方法.该方法首先对图像进行DCT变换,而后分别计算DCT系数矩阵的水平、垂直、主对角线、副对角线四个方向的差分DCT系数矩阵,并对得到的差分DCT系数矩阵进行系数对直方图化,提取特征向量.最后,利用支持向量机对真实图像和篡改后的图像进行分类识别.实验结果表明,在相关的测试数据集上,和现存的一些算法相比,该方法不仅具有较低的计算复杂度,同时,其检测性能在目前所有提出的算法中达到最高,性能优良.

关键词：图像取证差分DCT系数系数对直方图支持向量机

One-way hash function based on hyper-chaotic cellular neural network

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Chinese Physics B 2008年第7期17卷 2388-2393页

作者：杨群亭高铁杠 College of Software Nankai University

The design of an efficient one-way hash function with good performance is a hot spot in modern cryptography researches. In this paper, a hash function construction method based on cell neural network with hyper-chaos characteristics is proposed. First, the chaos sequence is gotten by iterating cellular neural network with Runge Kutta algorithm, and then the chaos sequence is iterated with the message. The hash code is obtained through the corre- sponding transform of the latter chaos sequence. Simulation and analysis demonstrate that the new method has the merit of convenience, high sensitivity to initial values, good hash performance, especially the strong stability.

关键词： one-way hash function hyper-chaos cellular neural network Runge Kutta formula

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面向船联网的高效隐私保护联邦学习方法

中国舰船研究 2022年第6期17卷 48-58页

作者：张泽辉管聪高航高铁杠陈辉南开大学软件学院天津300350 武汉理工大学船海与能源动力工程学院湖北武汉430063 武汉理工大学高性能舰船技术教育部重点实验室湖北武汉430063 清华大学公共安全研究院北京100084

[目的]人工智能技术已经成为提升船舶航行安全水平、降低航运企业运营成本的重要手段。为打破不同船舶公司之间的数据壁垒,进一步提升船舶智能化水平,提出一种面向船联网的高效隐私保护联邦学习方法。[方法]采用联邦学习技术以实现多个... 详细信息

[目的]人工智能技术已经成为提升船舶航行安全水平、降低航运企业运营成本的重要手段。为打破不同船舶公司之间的数据壁垒,进一步提升船舶智能化水平,提出一种面向船联网的高效隐私保护联邦学习方法。[方法]采用联邦学习技术以实现多个船舶参与方协同训练一个深度学习模型,并且使用同态加密方案以保护参与方的本地数据信息。考虑船联网场景,引入稀疏化技术对船舶参与方上传的模型参数进行压缩,从而降低参与方上传的数据量。[结果]理论分析和实验结果表明,所提出的高效联邦故障诊断方法能够有效地降低密码学计算和数据通信的资源消耗,同时保护船舶参与方的本地数据信息。[结论]该学习方法能够为船舶智能化研究提供参考。

关键词：船联网深度学习联邦学习隐私保护稀疏化

Analysis of transition between chaos and hyper-chaos of an improved hyper-chaotic system

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Chinese Physics B 2009年第1期18卷 84-90页

作者：顾巧论高铁杠 Department of Computer Tianjin University of Technology and Education College of Software Nankai University

An improved hyper-chaotic system based on the hyper-chaos generated from Chen＇s system is presented, and some basic dynamical properties of the system are investigated by means of Lyapunov exponent spectrum, bifurcation diagrams and characteristic equation roots. Simulations show that the new improved system evolves into hyper-chaotic, chaotic, various quasi-periodic or periodic orbits when one parameter of the system is fixed to be a certain value while the other one is variable. Some computer simulations and bifurcation analyses are given to testify the findings.

关键词： hyper-chaos chaos bifurcation diagram Lyapunov exponents