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支持多数不规则用户的隐私保护联邦学习框架

网络与信息安全学报 2022年第1期8卷 139-150页

作者：陈前昕毕仁万林劼金彪熊金波福建师范大学计算机与网络空间安全学院福建福州350117 福建师范大学福建省网络安全与密码技术重点实验室福建福州350007

针对联邦学习存在处理大多数不规则用户易引起聚合效率降低,以及采用明文通信导致参数隐私泄露的问题,基于设计的安全除法协议构建针对不规则用户鲁棒的隐私保护联邦学习框架。该框架通过将模型相关计算外包给两台边缘服务器以减小采用... 详细信息

针对联邦学习存在处理大多数不规则用户易引起聚合效率降低,以及采用明文通信导致参数隐私泄露的问题,基于设计的安全除法协议构建针对不规则用户鲁棒的隐私保护联邦学习框架。该框架通过将模型相关计算外包给两台边缘服务器以减小采用同态加密产生的高额计算开销,不仅允许模型及其相关信息以密文形式在边缘服务器上进行密文聚合,还支持用户在本地进行模型可靠性计算以减小传统方法采用安全乘法协议造成的额外通信开销。在该框架的基础上,为更精准评估模型的泛化性能,用户完成本地模型参数更新后,利用边缘服务器下发的验证集与本地持有的验证集联合计算模型损失值,并结合损失值历史信息动态更新模型可靠性以作为模型权重。进一步,在模型可靠性先验知识指导下进行模型权重缩放,将密文模型与密文权重信息交由边缘服务器对全局模型参数进行聚合更新,保证全局模型变化主要由高质量数据用户贡献,提高收敛速度。通过HybridArgument模型进行安全性分析,论证表明PPRFL(privacy-preserving robust fe-derated learning)可以有效保护模型参数以及包括用户可靠性等中间交互参数的隐私。实验结果表明,当联邦聚合任务中的所有参与方均为不规则用户时,PPRFL方案准确率仍然能达到92%,收敛效率较PPFDL(privacy-preserving federated deep learning with irregular users)提高1.4倍;当联邦聚合任务中80%用户持有的训练数据都为噪声数据时,PPRFL方案准确率仍然能达到89%,收敛效率较PPFDL提高2.3倍。

关键词：联邦学习隐私保护安全聚合大多数不规则用户安全除法协议

mHealth中可追踪多授权机构基于属性的访问控制方案

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通信学报 2018年第6期39卷 1-10页

作者：李琦朱洪波熊金波莫若南京邮电大学计算机学院软件学院网络空间安全学院江苏南京210023 南京邮电大学物联网技术与应用协同创新中心江苏南京210003 南京邮电大学江苏省大数据安全与智能处理重点实验室江苏南京210023 南京邮电大学通信与信息工程学院江苏南京210003 福建师范大学数学与信息学院福建福州350117 西安电子科技大学网络与信息安全学院陕西西安710071

移动健康护理作为一种新兴的技术给个人健康档案的分享提供了极大的便利,也给其隐私带来了极大的风险。基于属性的加密体制能够对加密数据实现细粒度的访问控制,有效地保护了个人健康档案的隐私。然而,目前基于属性的访问控制方案要么... 详细信息

移动健康护理作为一种新兴的技术给个人健康档案的分享提供了极大的便利,也给其隐私带来了极大的风险。基于属性的加密体制能够对加密数据实现细粒度的访问控制,有效地保护了个人健康档案的隐私。然而,目前基于属性的访问控制方案要么缺乏有效的恶意用户追踪机制,要么只支持单个授权机构。针对该问题,提出了一个移动健康护理环境下适应性安全的可追踪多授权机构基于属性的访问控制方案,该方案在合数群上构造,支持任意单调的线性秘密共享机制的访问策略,基于子群判定假设证明了该方案在标准模型下是适应性安全的,基于k-SDH假设证明了该方案的可追踪性,性能分析表明了该方案的实用性。

关键词：属性加密多机构可追踪适应性安全移动健康护理

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支持隐私保护训练的高效同态神经网络

计算机应用 2022年第12期42卷 3792-3800页

作者：钟洋毕仁万颜西山应作斌熊金波福建师范大学计算机与网络空间安全学院福州350117 福建省网络安全与密码技术重点实验室(福建师范大学) 福州350007 澳门城市大学数据科学学院中国澳门999078

针对基于同态加密的隐私保护神经网络中存在的计算效率低和精度不足问题,提出一种三方协作下支持隐私保护训练的高效同态神经网络(HNN)。首先,为降低同态加密中密文乘密文运算产生的计算开销,结合秘密共享思想设计了一种安全快速的乘法... 详细信息

针对基于同态加密的隐私保护神经网络中存在的计算效率低和精度不足问题,提出一种三方协作下支持隐私保护训练的高效同态神经网络(HNN)。首先,为降低同态加密中密文乘密文运算产生的计算开销,结合秘密共享思想设计了一种安全快速的乘法协议,将密文乘密文运算转换为复杂度较低的明文乘密文运算;其次,为避免构建HNN时产生的密文多项式多轮迭代,并提高非线性计算精度,研究了一种安全的非线性计算方法,从而对添加随机掩码的混淆明文消息执行相应的非线性算子;最后,对所设计协议的安全性、正确性及效率进行了理论分析,并对HNN的有效性及优越性进行了实验验证。实验结果表明,相较于双服务器方案PPML,HNN的训练速度提高了18.9倍,模型精度提高了1.4个百分点。

关键词：同态加密隐私保护神经网络模型训练非线性计算

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高校实践教学中的创新能力培养

实验室科学 2022年第3期25卷 231-235,240页

作者：金彪熊金波林劼李璇福建师范大学计算机与网络空间安全学院福建福州350108

高等教育心理学是研究高等教育情境中教与学基本心理规律的科学,是学校教育心理学的重要分支。实践教学是高等教育教学的重要环节,是培养大学生创造性思维、提升大学生创造能力的重要途径。将高等教育心理学相关理论(如耶克斯-多德森定... 详细信息

高等教育心理学是研究高等教育情境中教与学基本心理规律的科学,是学校教育心理学的重要分支。实践教学是高等教育教学的重要环节,是培养大学生创造性思维、提升大学生创造能力的重要途径。将高等教育心理学相关理论(如耶克斯-多德森定律、成败归因理论、自我效能感理论等)引入高校实践教学环节,在致力提高大学生学习积极性和主动性的基础上,积极探讨实践教学过程中创新能力培养的有效途径。

关键词：实践教学创新能力高等教育心理学

Drivers of coastal bacterioplankton community diversity and structure along a nutrient gradient in the East China Sea

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Journal of Oceanology and Limnology 2018年第2期36卷 329-340页

作者：何佳颖王凯熊金波郭安南张德民费岳军叶仙森 School of Marine Sciences Ningbo University Ningbo 315211 China Collaborative Innovation Center for Zhejiang Marine High-efficiency and Healthy Aquaculture Ningbo 315700 China Marine Environmental Monitoring Center of Ningbo State Oceanic Administration (SOA) Ningbo 315211 China

Anthropogenic nutrient discharge poses widespread threats to coastal ecosystems and has increased environmental gradients from coast to sea. Bacterioplankton play crucial roles in coastal biogeochemical cycling, and a variety of factors af fect bacterial community diversity and structure. We used 16 S r RNA gene pyrosequencing to investigate the spatial variation in bacterial community composition(BCC) across five sites on a coast-of fshore gradient in the East China Sea. Overall, bacterial alpha-diversity did not diff er across sites, except that richness and phylogenetic diversity were lower in the of fshore sites, and the highest alpha-diversity was found in the most landward site, with Chl-abeing the main factor. BCCs generally clustered into coastal and of fshore groups. Chl-a explained 12.3% of the variation in BCCs, more than that explained by either the physicochemical(5.7%) or spatial(8.5%) variables. Nutrients(particularly nitrate and phosphate), along with phytoplankton abundance, were more important than other physicochemical factors, co-explaining 20.0% of the variation in BCCs. Additionally, a series of discriminant families(primarily affiliated with Gammaproteobacteria and Alphaproteobacteria), whose relative abundances correlated with Chl-a, DIN, and phosphate concentrations, were identified, implying their potential to indicate phytoplankton blooms and nutrient enrichment in this marine ecosystem. This study provides insight into bacterioplankton response patterns along a coast-of fshore gradient, with phytoplankton abundance increasing in the of fshore sites. Time-series sampling across multiple transects should be performed to determine the seasonal and spatial patterns in bacterial diversity and community structure along this gradient.

关键词： bacterioplankton pyrosequencing nutrient gradient phytoplankton abundance dominant factor bioindicator

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基于同态加密的神经网络模型训练方法

计算机科学 2023年第5期50卷 372-381页

作者：赵敏田有亮熊金波毕仁万谢洪涛贵州大学公共大数据国家重点实验室贵阳550025 贵州大学计算机科学与技术学院贵阳550025 贵州大学密码学与数据安全研究所贵阳550025 福建师范大学计算机与网络空间安全学院福州350117 中国科学技术大学信息科学与技术学院合肥230000

针对云环境下数据隐私泄露与基于同态加密的隐私保护神经网络中精度不足的问题,文中提出了一种双服务器协作的隐私保护神经网络训练(PPNT)方案,在云服务器协同训练过程中实现了对数据传输、计算过程及模型参数的隐私保护。首先,为避免... 详细信息

针对云环境下数据隐私泄露与基于同态加密的隐私保护神经网络中精度不足的问题,文中提出了一种双服务器协作的隐私保护神经网络训练(PPNT)方案,在云服务器协同训练过程中实现了对数据传输、计算过程及模型参数的隐私保护。首先,为避免使用多项式近似方法实现指数和比较等非线性函数,并提高非线性函数的计算精度,基于Paillier半同态加密方案和加法秘密共享技术设计了一系列基础安全计算协议;其次,在已设计的安全计算协议基础上,构造了神经网络中的全连接层、激活层、Softmax层及反向传播相应的安全计算协议,以实现PPNT方案;最后,通过理论与安全性分析,证明了PPNT方案的正确性及安全性。性能实验结果显示,与PPMLaaS方案相比,PPNT方案的模型精度提高了1.7%,且在安全计算过程中支持客户端离线。

关键词： Paillier半同态加密加法秘密共享安全计算协议隐私保护模型训练

Variation of Bacterioplankton Community along a Nitrogen and Phosphorus Co-pollution Gradient in Surface Coastal Waters

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Variation of Bacterioplankton Community along a Nitrogen and...

Excess phosphate loading affects genetic and functional diversity of bacterioplankton communities in oligotrophic coastal water

全国第九届海洋生物技术与创新药物学术会议

作者： Jiaying He jinbo xiong Heping Chen Kai Wang Changju Hu Jianlin Zhu Demin Zhang School of Marine Sciences Ningbo University Faculty of Architectural Civil Engineering and EnvironmentNingbo University

The most crucial variable contributes to the structure of the community is a central issue that ecologists have devoted *** two most significant ones,environmental factors and dispersal limitation have been debated intensely to figure out the most important *** this study,surface coastal waters were sampled along a transect of nitrogen(N)and phosphorous(P)co-pollution gradient in Xiangshan Bay,East China Sea.16S rRNA gene amplicon pyrosequencing was applied to investigate the variation of bacterioplankton community to N-P co-pollution on the spatial ***,bacterial community composition(BCC)was dominanted by Gammaproteobacteria,Alphaproteobacteria,Actinobacteria,Bacteroidetes and Betaproteobacteria..The bacterial community did not vary continuously along the pollution gradient,but showed significant distinction between nearshore sites(A,B,and C)and offshore sites(D and E),with higher alpha-diversity of bacterial community in the nearshore sites *** bacterioplankton community was structured by the environmental variables(NH,N/P,Chl a)and Trend variables,18.3%and 14.1%respectively,and shared 10.9%in *** addition,a series of potential indicator taxa were identified,which could reflect the N-P co-pollution *** study demonstrated that bacterioplankton community shifted from nearshore to offshore with the increase in N-P level and environmental factors contributed more to community variation than spatial variables did.

关键词： bacterioplankton community pyrosequencing N/P perturbation coastal pollution

来源： cnki会议评论

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Excess phosphate loading affects genetic and functional dive...

移动群智感知中基于用户联盟匹配的隐私保护激励机制

全国第九届海洋生物技术与创新药物学术会议

作者： Xinxin Chen Zhiying Dong Kai Wang Jianlin Zhu jinbo xiong Changju Hu Demin Zhang School of Marine Sciences Ningbo University Faculty of Architectural Civil Engineering and EnvironmentNingbo University

Variability of bacterioplankton community composition(BCC)with the trophic status is a fundamental issue in marine ecosystems,where phosphorus(P),primarily as phosphate,is a key limiting trophic ***,the knowledgeon the responses of bacterial community to excess phosphate loading in oligotrophic coastal water is *** this study,dynamics in bacterial community composition and function were studied in oligotrophic seawater microcosms manipulated with no perturbation(the control)and a certain level of phosphate in two loading modes:1)one-time loading to achieve the target level at the beginning of incubation;and 2)interval loadings every two days with a constant level to achieve the target one,over a 16-day *** and functional diversity of bacterial community was investigated using 16S rRNA gene amplicon high-throughput sequencing on Illumina MiSeq platform and Biolog-eco plates,*** taxonomic richness,based on the Chao 1 index,decreased acutely from day 4 to day 8 in phosphate enriched treatments,with the lowest value in the one-time loading microcosm at the end of the *** communities across all the treatments showed a similar temporal succession *** phosphate loading mode and incubation time significantly affected bacterial community structure(P<0.001).The combination of dissolved oxygen(DO),NO-N,NO-N,NH-N,PO-P,and total phosphorus(TP)constrained 46.2%of community ***,PO-P contributed less to community variation than DO,NP-N,NO-N and NH-N did,*** the other hand,excess phosphate loading inhibited metabolic activity of heterotrophic bacterial community and also decreased the functional diversity of bacterial *** results provide new insights into the patterns ofbacterioplaiikton community genetically functionally responding to excess phosphate loading in oligotrophic coastal water.

关键词： bacterioplankton MiSeq phosphate oligotrophic seawater functional diversity

来源： cnki会议评论

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计算机研究与发展 2018年第7期55卷 1359-1370页

作者：熊金波马蓉牛犇郭云川林立福建师范大学数学与信息学院福州350117 中国科学院信息工程研究所北京100093 信息安全国家重点实验室(中国科学院信息工程研究所) 北京100093

移动群智感知网络作为一种全新的物联网感知模式为实现泛在深度社会感知提供了一种全新的方式和手段.在移动群智感知网络中汇聚了大量蕴含用户敏感、隐私信息的感知数据,并能从中挖掘出大量极具应用价值的信息,这极大地增加了黑客攻击... 详细信息

移动群智感知网络作为一种全新的物联网感知模式为实现泛在深度社会感知提供了一种全新的方式和手段.在移动群智感知网络中汇聚了大量蕴含用户敏感、隐私信息的感知数据,并能从中挖掘出大量极具应用价值的信息,这极大地增加了黑客攻击、隐私数据泄露的风险.在激励更多感知用户参与感知任务并提供真实数据的同时如何更好地保护感知数据和感知平台的隐私安全成为一个突出而紧迫的关键问题.针对上述问题,提出一种基于布隆过滤器的用户联盟匹配方案,利用布隆过滤器和二元混淆向量内积计算进行相似度估计,在用户上传感知数据之前可选择进行用户联盟匹配形成感知用户联盟,从而有效保护个人隐私信息;同时针对现有隐私数据交集计算的效率问题提出一种轻量级感知数据交集计算协议,在不泄露任一方真实数据的情况下,实现隐私数据交集运算.最后提出一种基于用户联盟匹配的信誉感知激励机制,在提高感知任务处理效率的基础上有效地控制了预算开支.安全分析表明:所提用户联盟匹配方案是可证明安全的,所提感知数据交集计算协议是安全的.性能分析和实验结果表明:所提出的信誉感知激励机制是高效的.

关键词：移动群智感知联盟匹配隐私交集计算信誉激励隐私保护