As one of the most important basic operations, matrix multiplication computation (MMC) has varieties of applications in the scientific and engineering community such as linear regression, k-nearest neighbor classification and biometric identification. However handling these tasks with large-scale datasets will lead to huge computation beyond resource-constrained client s computation power. With the rapid development of cloud computing, outsourcing intensive tasks to cloud server has become a promising method. While the cloud server is generally out of the control of clients, there are still many challenges concerned with the privacy security of clients sensitive data. Motivated by this, Lei et al. presented an efficient encryption scheme based on random permutation to protect the privacy of client s data in outsourcing MMC task. Nevertheless, there exists inherent security flaws in their scheme, revealing the statistic information of zero elements in the original data thus not satisfying the computational indistinguishability (IND-ZEA). Aiming to enhance the security of the outsourcing MMC task, we propose a new encryption scheme based on subtly designed invertible matrix where the additive perturbation is introduced besides the multiplicative perturbation. Furthermore, we show that the proposed encryption scheme can be applied to not only MMC task but also other kinds of outsourced tasks such as linear regression and principal component analysis. Theoretical analyses and experiments indicate that our methods are more secure in terms of data privacy, with comparable performance to the state-of-the-art scheme based on matrix transformation.


翻译:作为最重要的基本操作之一,矩阵倍增计算(MMC)在科学和工程界有多种应用,如线性回归、K近邻分类和生物鉴别识别等。然而,用大规模数据集处理这些任务将导致大量计算,超出资源限制的客户计算能力。随着云计算迅速发展,将密集任务外包给云服务器已成为一个有希望的方法。虽然云服务器一般不受客户控制,但客户敏感数据的隐私安全方面仍有许多挑战。受此驱动的Lei等人(Lei等人)提出了一个高效的加密方案,其基础是随机调整,以保护客户数据隐私,将其外包MMC任务外包。然而,这些任务中存在固有的安全缺陷,披露原始数据中零要素的统计信息,从而无法满足计算可分性(IN-ZEA)的要求。旨在加强外包MMC任务的安全性,我们提议了一个新的加密方案,根据可知性矩阵设计,其中除了多相近的透视性分析外,还引入了客户数据的保密性数据。此外,我们提出的数据递增性分析方法也表明,我们提出的磁性分析方法只能用于更精确性分析。

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