In this paper, we present VerifyML, the first secure inference framework to check the fairness degree of a given Machine learning (ML) model. VerifyML is generic and is immune to any obstruction by the malicious model holder during the verification process. We rely on secure two-party computation (2PC) technology to implement VerifyML, and carefully customize a series of optimization methods to boost its performance for both linear and nonlinear layer execution. Specifically, (1) VerifyML allows the vast majority of the overhead to be performed offline, thus meeting the low latency requirements for online inference. (2) To speed up offline preparation, we first design novel homomorphic parallel computing techniques to accelerate the authenticated Beaver's triple (including matrix-vector and convolution triples) generation procedure. It achieves up to $1.7\times$ computation speedup and gains at least $10.7\times$ less communication overhead compared to state-of-the-art work. (3) We also present a new cryptographic protocol to evaluate the activation functions of non-linear layers, which is $4\times$--$42\times$ faster and has $>48\times$ lesser communication than existing 2PC protocol against malicious parties. In fact, VerifyML even beats the state-of-the-art semi-honest ML secure inference system! We provide formal theoretical analysis for VerifyML security and demonstrate its performance superiority on mainstream ML models including ResNet-18 and LeNet.


翻译:在本文中,我们介绍了核查机器学习(ML)模式的公平程度的首个安全推论框架,即核查某个机器学习(ML)模式的公平程度。核查是通用的,不受恶意模型持有人在核查过程中的任何阻挠。我们依靠安全的双方计算(2PC)技术来实施核查ML,并仔细定制一系列优化方法,以提高其线性和非线性层执行的性能。具体地说,(1)核查ML允许绝大多数间接费用在网上进行,从而满足网上推断的低延迟要求。(2)为了加快离线准备,我们首先设计新的同系平行计算技术,以加速经认证的Beaver的三重(包括矩阵-Vex和组合三重)生成程序。我们达到17美元的计算速度和收益至少10.7倍的通信管理费。(3)我们还提出一个新的加密协议,用以评价非线性层的启动功能,即4美元-4美元-42美元-时间\美元-双重的同步平行计算技术,在目前的安全性能分析中提供比目前低的通信-MLML-ML-ML-ML-MAR-时间。

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ACM/IEEE第23届模型驱动工程语言和系统国际会议,是模型驱动软件和系统工程的首要会议系列,由ACM-SIGSOFT和IEEE-TCSE支持组织。自1998年以来,模型涵盖了建模的各个方面,从语言和方法到工具和应用程序。模特的参加者来自不同的背景,包括研究人员、学者、工程师和工业专业人士。MODELS 2019是一个论坛,参与者可以围绕建模和模型驱动的软件和系统交流前沿研究成果和创新实践经验。今年的版本将为建模社区提供进一步推进建模基础的机会,并在网络物理系统、嵌入式系统、社会技术系统、云计算、大数据、机器学习、安全、开源等新兴领域提出建模的创新应用以及可持续性。 官网链接:http://www.modelsconference.org/
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