Evolutionary algorithms (EAs), such as the genetic algorithm (GA), offer an elegant way to handle combinatorial optimization problems (COPs). However, limited by expertise and resources, most users do not have enough capability to implement EAs to solve COPs. An intuitive and promising solution is to outsource evolutionary operations to a cloud server, whilst it suffers from privacy concerns. To this end, this paper proposes a novel computing paradigm, evolution as a service (EaaS), where a cloud server renders evolutionary computation services for users without sacrificing users' privacy. Inspired by the idea of EaaS, this paper designs PEGA, a novel privacy-preserving GA for COPs. Specifically, PEGA enables users outsourcing COPs to the cloud server holding a competitive GA and approximating the optimal solution in a privacy-preserving manner. PEGA features the following characteristics. First, any user without expertise and enough resources can solve her COPs. Second, PEGA does not leak contents of optimization problems, i.e., users' privacy. Third, PEGA has the same capability as the conventional GA to approximate the optimal solution. We implements PEGA falling in a twin-server architecture and evaluates it in the traveling salesman problem (TSP, a widely known COP). Particularly, we utilize encryption cryptography to protect users' privacy and carefully design a suit of secure computing protocols to support evolutionary operators of GA on encrypted data. Privacy analysis demonstrates that PEGA does not disclose the contents of the COP to the cloud server. Experimental evaluation results on four TSP datasets show that PEGA is as effective as the conventional GA in approximating the optimal solution.


翻译:基因算法(GA)等演化算法(EAs)是处理组合优化问题的优雅方法。然而,由于专门知识和资源有限,大多数用户没有足够的能力来实施EAs解决COPs。一个直观和有希望的解决办法是将演化操作外包给一个云服务器,但又受到隐私问题的影响。为此,本文件提出一种新的计算模式,将演化作为一种服务(EaaS),云服务器为用户提供进化计算服务,同时又不牺牲用户隐私。受EaAS的启发,本文设计了PEGA,这是一个新的为COPs保存隐私的隐私的GA。具体地说,PEGA使用户能够将COPs外包给拥有竞争性GA的云服务器,以维护隐私的方式接近最佳解决方案。PEGA具有以下特点。首先,任何没有专门知识和资源的用户都可以解决其COPs。第二,PEGA不会泄漏优化问题的内容,即用户隐私。第三,PEGA拥有与Oalliveral-eal-de realal-evelopal Exeral Exal Exeral 等常规GA 的用户在运行中展示一个我们使用最优化的GEGEGA 的系统是使用最优化的系统。

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