Outsourcing decision tree inference services to the cloud is highly beneficial, yet raises critical privacy concerns on the proprietary decision tree of the model provider and the private input data of the client. In this paper, we design, implement, and evaluate a new system that allows highly efficient outsourcing of decision tree inference. Our system significantly improves upon the state-of-the-art in the overall online end-to-end secure inference service latency at the cloud as well as the local-side performance of the model provider. We first presents a new scheme which securely shifts most of the processing of the model provider to the cloud, resulting in a substantial reduction on the model provider's performance complexities. We further devise a scheme which substantially optimizes the performance for encrypted decision tree inference at the cloud, particularly the communication round complexities. The synergy of these techniques allows our new system to achieve up to $8 \times$ better overall online end-to-end secure inference latency at the cloud side over realistic WAN environment, as well as bring the model provider up to $19 \times$ savings in communication and $18 \times$ savings in computation.


翻译:向云层外包决策树的推断服务非常有益,但也引起了对模型提供者的专有决策树和客户的私人输入数据的重大隐私关切。在本文中,我们设计、实施和评价了一个新的系统,以便高效地外包决策树推断。我们的系统大大改进了整个在线端到端安全安全推断服务在云层以及模型提供者的本地端工作表现方面的先进水平。我们首先提出了一个新方案,将模型提供者的大部分处理工作安全地转移到云层,从而大大减少了模型提供者的业绩复杂性。我们进一步设计了一个方案,大大优化了云层加密决策树推断的性能,特别是通信周期复杂性。这些技术的协同作用使得我们的新系统在云端到端总体安全推力方面达到8美元以上,使云端安全拉力在现实的广域网环境方面得到更好的利用。我们还制定了一个新的方案,使模型提供者在通信方面节省19美元,在计算方面节省18美元。

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决策树(Decision Tree)是在已知各种情况发生概率的基础上,通过构成决策树来求取净现值的期望值大于等于零的概率,评价项目风险,判断其可行性的决策分析方法,是直观运用概率分析的一种图解法。由于这种决策分支画成图形很像一棵树的枝干,故称决策树。在机器学习中,决策树是一个预测模型,他代表的是对象属性与对象值之间的一种映射关系。Entropy = 系统的凌乱程度,使用算法ID3, C4.5和C5.0生成树算法使用熵。这一度量是基于信息学理论中熵的概念。 决策树是一种树形结构,其中每个内部节点表示一个属性上的测试,每个分支代表一个测试输出,每个叶节点代表一种类别。 分类树(决策树)是一种十分常用的分类方法。他是一种监管学习,所谓监管学习就是给定一堆样本,每个样本都有一组属性和一个类别,这些类别是事先确定的,那么通过学习得到一个分类器,这个分类器能够对新出现的对象给出正确的分类。这样的机器学习就被称之为监督学习。

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