Deep learning in audio signal processing, such as human voice audio signal classification, is a rich application area of machine learning. Legitimate use cases include voice authentication, gunfire detection, and emotion recognition. While there are clear advantages to automated human speech classification, application developers can gain knowledge beyond the professed scope from unprotected audio signal processing. In this paper we propose the first privacy-preserving solution for deep learning-based audio classification that is provably secure. Our approach, which is based on Secure Multiparty Computation, allows to classify a speech signal of one party (Alice) with a deep neural network of another party (Bob) without Bob ever seeing Alice's speech signal in an unencrypted manner. As threat models, we consider both passive security, i.e. with semi-honest parties who follow the instructions of the cryptographic protocols, as well as active security, i.e. with malicious parties who deviate from the protocols. We evaluate the efficiency-security-accuracy trade-off of the proposed solution in a use case for privacy-preserving emotion detection from speech with a convolutional neural network. In the semi-honest case we can classify a speech signal in under 0.3 sec; in the malicious case it takes $\sim$1.6 sec. In both cases there is no leakage of information, and we achieve classification accuracies that are the same as when computations are done on unencrypted data.


翻译:在音频信号处理(如人类声音音频信号分类)中深层学习,是机器学习的一个丰富的应用领域。合法使用案例包括语音认证、火警探测和情感识别。虽然自动化人类言语分类有明显的优势,但应用程序开发者可以从无保护的音频处理中获得超出公开范围的知识。在本文中,我们建议为深层次的基于学习的音频分类(如人类声音音频信号分类)提供第一种隐私保护解决方案,这种分类非常安全。我们基于安全多方校正的处理办法,允许将一个政党(爱丽丝)的语音信号分类,该政党有一个深层神经网络(Bob),而 Bob从未以未加密的方式看到爱丽丝的言语信号。作为威胁模式,我们既考虑被动安全,也考虑半诚实方遵守加密协议指令,也提出积极的安全。我们评估一个基于安全-安全-准确性交易拟议解决方案在使用一个用非革命性内音频网络(Bob)保存情绪检测时所使用的音频信号。在恶意内,我们无法将半音频通信网络进行信息分类,在每10号中,我们就可以在恶意语音判判判判一个错误判。

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