Graph neural networks (GNNs) are powerful tools for analyzing and learning from graph-structured (GS) data, facilitating a wide range of services. Deploying such services in privacy-critical cloud environments necessitates the development of secure inference (SI) protocols that safeguard sensitive GS data. However, existing SI solutions largely focus on convolutional models for image and text data, leaving the challenge of securing GNNs and GS data relatively underexplored. In this work, we design, implement, and evaluate $\sysname$, a lightweight cryptographic scheme for graph-centric inference in the cloud. By hybridizing additive and function secret sharings within secure two-party computation (2PC), $\sysname$ is carefully designed based on a series of novel 2PC interactive protocols that achieve $1.5\times \sim 1.7\times$ speedups for linear layers and $2\times \sim 15\times$ for non-linear layers over state-of-the-art (SotA) solutions. A thorough theoretical analysis is provided to prove $\sysname$'s correctness, security, and lightweight nature. Extensive experiments across four datasets demonstrate $\sysname$'s superior efficiency with $1.3\times \sim 4.7\times$ faster secure predictions while maintaining accuracy comparable to plaintext graph property inference.


翻译:图神经网络(GNNs)是分析和学习图结构(GS)数据的强大工具,为广泛的服务提供了支持。在隐私敏感的云环境中部署此类服务,需要开发能够保护敏感GS数据的安全推理(SI)协议。然而,现有的SI解决方案主要集中于面向图像和文本数据的卷积模型,对于保护GNNs和GS数据安全的挑战仍相对缺乏深入探索。本研究设计、实现并评估了$\sysname$,一种面向云端图中心推理的轻量级密码学方案。通过在安全两方计算(2PC)中混合加性秘密共享和函数秘密共享,$\sysname$基于一系列新颖的2PC交互协议精心设计,在线性层实现了比现有最优(SotA)方案$1.5\times \sim 1.7\times$的加速,在非线性层实现了$2\times \sim 15\times$的加速。我们提供了全面的理论分析,证明了$\sysname$的正确性、安全性和轻量级特性。在四个数据集上的广泛实验表明,$\sysname$具有卓越的效率,安全推理速度提升$1.3\times \sim 4.7\times$,同时保持了与明文图属性推理相当的准确性。

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