分散配置データを用いた深層学習のための鍵管理不要な学習可能暗号化法の構築

项目来源

日本学术振兴会基金(JSPS)

项目主持人

貴家 仁志

项目受资助机构

東京都立大学

项目编号

25K07750

立项年度

2025

立项时间

未公开

项目级别

国家级

研究期限

未知 / 未知

受资助金额

4680000.00日元

学科

通信工学関連

学科代码

未公开

基金类别

基盤研究(C)

关键词

画像暗号化法 ; プライバシー保護 ; 深層学習 ;

参与者

塩田 さやか

参与机构

東京都立大学,システムデザイン研究科

项目标书摘要:Outline of Research at the Start:本研究の目的は、学習データセットが分散配置された環境での深層学習モデルの新しい学習法を構築するために、各データに対して異なる暗号鍵を使用できる学習可能暗号化を開発することである。その際、一般に2つの要件を満たす必要がある。第1はデータのプライバシー保護であり、第2は複数のクライアントと統合モデルを学習する中央サーバ間の通信コストの削減である。このような背景から、本研究では、画像及び音声信号を例にして(A)鍵管理不要な学習可能暗号化法(B)通信コストの削減(C)暗号化法の安全性の評価という3つの項目を達成目標にする。

  • 排序方式:
  • 1
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  • 1.Learnable Image Encryption Without Key Management for Privacy-Preserving Vision Transformer

    • 关键词:
    • Encryption; Cryptography; Training; Accuracy; Transformers; Computervision; Visualization; Image classification; Privacy; Data models;Vision transformer; image encryption; privacy preserving;SECRET KEY; SOLVER
    • Hirose, Mare;Imaizumi, Shoko;Kiya, Hitoshi
    • 《IEEE ACCESS》
    • 2025年
    • 13卷
    • 期刊

    We propose a privacy-preserving image classification method based on perceptual encryption that does not require centralized key management. In the proposed method, each client independently generates an encryption key to protect visual information in both training and query images. The use of independent keys allows multiple clients to use a shared model without exchanging keys and to easily update their keys whenever needed. In addition, even if a key is compromised, the impact does not propagate to other clients. The use of perceptual encryption allows us to directly apply encrypted data for training and query images in the encrypted domain, but conventional approaches with perceptual encryption are known to degrade the accuracy of image classification when independent keys are used in each client due to significant visual distortion caused by encryption. Accordingly, we demonstrate that a novel method that focuses on the compatibility between block-wise image encryption and the embedding structure of vision transformer (ViT) is effective in improving the issue. We carried out experiments to demonstrate the effectiveness of the method in terms of accuracy and robustness on CIFAR-10 and Tiny ImageNet. Compared to conventional methods, when using independent keys, the accuracy was improved by 82% for CIFAR-10 and 83% for Tiny ImageNet. In addition, resistance to various attacks including brute-force attacks and jigsaw puzzle attacks was demonstrated under the assumption of ciphertext-only attacks. These results suggest the practicality and effectiveness of the method for secure image classification in real-world multi-client environments.

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