クラウドベースの計算中に攻撃者からデータを保護する新しいセキュリティ・プロトコル(New security protocol shields data from attackers during cloud-based computation)

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2024-09-26 マサチューセッツ工科大学(MIT)

MITの研究者は、量子光学の特性を利用して、クラウドベースの深層学習計算中のデータを保護する新たなセキュリティプロトコルを開発しました。このプロトコルは、光ファイバー通信で使用されるレーザー光にデータをエンコードし、量子力学の原理に基づいてデータの盗難や複製を検出します。この方法により、計算の精度を96%維持しつつ、クライアントとサーバー間のセキュリティを強化し、深層学習の活用におけるプライバシーリスクを低減します。

<関連情報>

量子セキュアなマルチパーティ・ディープラーニング Quantum-secure multiparty deep learning

Kfir Sulimany, Sri Krishna Vadlamani, Ryan Hamerly, Prahlad Iyengar, Dirk Englund
arXiv  last revised 13 Sep 2024 (this version, v2)
DOI:https://doi.org/10.48550/arXiv.2408.05629

クラウドベースの計算中に攻撃者からデータを保護する新しいセキュリティ・プロトコル(New security protocol shields data from attackers during cloud-based computation)

Abstract

Secure multiparty computation enables the joint evaluation of multivariate functions across distributed users while ensuring the privacy of their local inputs. This field has become increasingly urgent due to the exploding demand for computationally intensive deep learning inference. These computations are typically offloaded to cloud computing servers, leading to vulnerabilities that can compromise the security of the clients’ data. To solve this problem, we introduce a linear algebra engine that leverages the quantum nature of light for information-theoretically secure multiparty computation using only conventional telecommunication components. We apply this linear algebra engine to deep learning and derive rigorous upper bounds on the information leakage of both the deep neural network weights and the client’s data via the Holevo and the Cramér-Rao bounds, respectively. Applied to the MNIST classification task, we obtain test accuracies exceeding 96% while leaking less than 0.1 bits per weight symbol and 0.01 bits per data symbol. This weight leakage is an order of magnitude below the minimum bit precision required for accurate deep learning using state-of-the-art quantization techniques. Our work lays the foundation for practical quantum-secure computation and unlocks secure cloud deep learning as a field.

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