We present a framework for the design of coding mechanisms that allow remotely operating anomaly detectors in a privacy-preserving manner. We consider the following problem setup. A remote station seeks to identify anomalies based on system input-output signals transmitted over communication networks. However, it is not desired to disclose true data of the system operation as it can be used to infer private information. To prevent adversaries from eavesdropping on the network or at the remote station itself to access private data, we propose a privacy-preserving coding scheme to distort signals before transmission. As a next step, we design a new anomaly detector that runs on distorted signals and produces distorted diagnostics signals, and a decoding scheme that allows extracting true diagnostics data from distorted signals without error. The proposed scheme is built on the synergy of matrix encryption and system Immersion and Invariance (I&I) tools from control theory. The idea is to immerse the anomaly detector into a higher-dimensional system (the so-called target system). The dynamics of the target system is designed such that: the trajectories of the original anomaly detector are immersed/embedded in its trajectories, it works on randomly encoded input-output signals, and produces an encoded version of the original anomaly detector alarm signals, which are decoded to extract the original alarm at the user side. We show that the proposed privacy-preserving scheme provides the same anomaly detection performance as standard Kalman filter-based chi-squared anomaly detectors while revealing no information about system data.


翻译:我们提出了一个用于设计编码机制的框架,允许以隐私保护的方式远程操作异常探测器。我们考虑以下问题设置。一个远程站试图根据通过通信网络传送的系统输入输出信号来识别异常现象。然而,它并不希望披露系统操作的真实数据,因为它可以用来推断私人信息。为了防止对手在网络或远程站本身上偷窥私密数据,我们提议了一个隐私保存编码办法,以便在传输之前扭曲信号。下一步,我们设计一个新的异常探测器,该探测器运行在扭曲信号上,产生扭曲的诊断信号,并设计一个解码办法,以便能够从扭曲的信号中提取真实的诊断数据,但是,它并不希望披露系统运行的真实数据,因为该系统可以用来推断信息。为了防止对手在网络上或远程站本身窃听私密数据,我们建议将异常探测器浸泡到一个更高维度的系统(所谓的目标系统 ) 。这个目标系统的动态设计是这样的:原始异常探测器的轨迹跟踪器,用来从不错误的信号中提取真实的诊断数据数据。 最初的解析器的解码是原始的解码,在原始的解码上生成的解码的解码, 的解码的解码式的解码的解码的解码的解码的解码。

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