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基于同态加密的AI模型参数安全计算与防泄露方法
网络安全与数据治理
张恒,廖尚斌,张陈颖
中国移动通信集团福建有限公司
摘要: 随着人工智能在医疗、金融等敏感领域的广泛应用,模型参数与训练数据的隐私保护成为关键问题。提出一种基于同态加密(HE)的AI模型参数安全计算与防泄露方法,采用CKKS方案在密文空间中实现参数加密、前向推理与梯度更新,避免了训练过程中明文暴露的风险。结果表明,HESGD在MNIST上最高准确率达99.1%;在计算开销上,实现了效率与安全性的平衡,信息泄露风险指数接近0.0。研究表明,该方法在保持模型精度的同时,实现了高效安全计算与近乎零泄露风险,具有较强的应用价值。
中图分类号:TP309文献标识码:ADOI:10.19358/j.issn.2097-1788.2025.11.002引用格式:张恒,廖尚斌,张陈颖. 基于同态加密的AI模型参数安全计算与防泄露方法[J].网络安全与数据治理,2025,44(11):7-11,17.
Secure computation and anti-leakage methods for AI model parameters based on homomorphic encryption
Zhang Heng,Liao Shangbin,Zhang Chenying
China Mobile Communications Group Fujian Co., Ltd.
Abstract: With the extensive application of artificial intelligence in sensitive fields such as healthcare and finance, the privacy protection of model parameters and training data has become a critical issue. This paper proposes a secure computation and antileakage method for AI model parameters based on homomorphic encryption (HE). The method employs the CKKS scheme to implement parameter encryption, forward inference, and gradient updates in the ciphertext space, thereby avoiding the risk of plaintext exposure during training. The results demonstrate that HESGD achieves a maximum accuracy of 99.1% on MNIST. In terms of computational overhead, it balances efficiency and security, with an information leakage risk index close to 0.0. The study indicates that the proposed method maintains model precision while achieving efficient and secure computation with nearly zero leakage risk, showing strong application value.
Key words : model parameters; privacy protection; homomorphic encryption; CKKS scheme; gradient updates

引言

伴随人工智能(Artificial Intelligence, AI)的兴起,其被广泛应用于各行各业中,特别是金融、医疗、教育等敏感领域,模型参数与训练数据的安全性逐渐成为研究热点[1]。深度神经网络等模型通常依赖大规模参数存储与分布式计算,然而在模型部署与参数更新过程中,存在参数泄露与隐私攻击的风险[2]。当前,该领域研究普遍面临一个关键瓶颈:计算效率与精度的矛盾。因此,如何在保证模型精度的前提下,有效提升同态加密的计算效率,已成为推动隐私保护与AI发展的核心挑战。

针对参数泄露风险的研究,赵宁等人引入LeNet5卷积神经网络获取敏感数据随机访问共振时序特征,预测敏感数据泄露风险[3]。傅东波等人解析加密算法演进路径,以应对网络攻击[4]。龙勇在研究中提到,将差分隐私、同态加密及多方安全计算等技术相结合,可提高联邦学习系统的安全性与抗攻击能力[5]。Ahmad等人开发了一个分室式网络流行病模型,用于分析恶意代码在计算机网络中的传播[6]。这些研究明确了综合化、系统化解决方案的重要性,但其或局限于理论框架,或未能与动态主动防御机制深度结合。为此,本文旨在弥补上述不足,提出利用算法同态性完成安全计算与防泄漏。

当前,安全计算技术主流防护方法包括差分隐私(Differential Privacy,DP)、安全多方计算(Secure MultiParty Computation,SMC)与同态加密(Homomorphic Encryption,HE)[7]。其中,HE的计算复杂性可能导致处理时间和资源需求大幅增加,相比DP会引入噪声影响精度,而SMC通信开销较大。本研究不同于传统的加密方案,除了可以实现加密明文,还可以实现密文间的运算。本文方法利用同态性,在海量数据情况下可以提高数据安全性,有效降低系统开销。


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作者信息:

张恒,廖尚斌,张陈颖

(中国移动通信集团福建有限公司,福建福州350000)


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