(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111639189.5 (22)申请日 2021.12.2 9 (71)申请人 华东师范大学 地址 200241 上海市闵行区东川路5 00号 (72)发明人 张磊　高圆圆　董一鹏　 (74)专利代理 机构 上海蓝迪专利商标事务所 (普通合伙) 31215 代理人 徐筱梅　张翔 (51)Int.Cl. H04L 9/08(2006.01) H04L 9/30(2006.01) H04L 9/32(2006.01) H04L 9/40(2022.01) G06F 21/60(2013.01) G06F 21/62(2013.01)G06N 20/00(2019.01) (54)发明名称 一种数据隐私保护的无服务器异步联邦学 习方法 (57)摘要 本发明公开了一种数据隐私保护的无服务 器异步联邦 学习方法， 该方法包括： 全局设置， 注 册， 群组建立， 训练与聚合阶段。 本发明提出的方 法针对联邦学习中数据隐私和模 型质量的不足。 该方法使得客户端能够直接交换他们的模型更 新而不需要服务器， 并自动聚合接收到的模型更 新而不需要全局同步， 该方法可以有效检测客户 端接收到的更新是否为低质量的模 型更新。 此外 扩展动态贡献广播加密方案用于在客户端之间 建立安全通道， 以增强数据私密性， 其还支持低 延迟的客户批加入和离开。 该方法有效地避免了 低质量模型更新， 并保证了在模 型精度和数据隐 私之间的权衡。 本发明满足安全性强， 模型精度 高等特点。 权利要求书5页 说明书10页 附图1页 CN 114362940 A 2022.04.15 CN 114362940 A 1.一种数据隐私保护的无服务器异步联邦学习方法， 包括如下实体： 客户端， 生成系统 参数和颁发证书的机构即可信机构CA， 其特 征在于， 所述的方法包括下列步骤： 步骤1： 全局设置 CA根据初始的安全参数λ运行算法生成系统参数para； CA选择一个签名方案Σ； 生成一 个主公私钥对(msk,mpk)对应于签名方案Σ； 签名方案Σ用于建立认证通道， 并用于CA 为系 统中的节点 颁发证书； 步骤2： 注 册 节点生成公私钥对 CA为该节点 生成使用其主私钥m sk签名的证书； 步骤3： 群组建立 客户端被划分为不同的群组； 客户端初始化群组； 每个客户端发布的成员消息必须使 用签名方案Σ签名； 支持组加入退出， 一个或多个客户端可以使用群组加入或群组退出协 议加入或离开 一个群组； 步骤4： 训练与聚合阶段 对于具有初始模型参数向量或最优模型参数向量的客户端， 基于本地数据集训练生成 模型更新， 然后将噪声添加到模型更新中获得干扰后的模型更新， 对干扰模型加密 并选择 其它客户端作为目标子集交换模型； 客户端解密收到的模型更新， 对模型进行聚合和验证 得到最优的模型参数向量； 其中： 所述步骤1具体包括： 输入一个安全参数λ， CA根据λ选取阶为素数q的循环乘法群G1， G2， GT， 存在双线性 映射 双线性映射 满足以下性质： ①双线性： g1和g2分别为群G1， G2中的元素， 是阶为q的正整 数集合， a和b为 中元素， 对任意的g1∈G1， g2∈G2， 均有 成立； ②非退化性： 存在g1∈G1， g2∈G2满足 不等于 ②可计算性： 存在有效算法， 对于 g2∈G2， 均可计算 选择g1∈G1， g2∈G2， Q,B1,...,BN∈G1其中Q， B1,...,BN均为群G1中的元素， 并且设置集合 B＝{B1,...,BN}， 正整数N是最大的组的大小； CA生成T个形为(Rγ， Pγ， Fγ)的元组， 每一个都 对应一个协商的组的大小； 元 组(Rγ， Pγ， Fγ)对应的组大小是正整数t， 则系统参数的生 成如 下： 1)任取一个整数i,且1≤i≤t,随机选取正整数 是阶为q的正整数集合， 计算中间值 2)任取两个整数i,j,且1≤i,j≤t， i≠j， 计算中间值 3)令 4)令 5)CA公开系统参数： 权　利　要　求　书 1/5 页 2 CN 114362940 A 2CA选择一个签名方案Σ， 并生成一个主公私钥对(msk,mpk)与签名方案Σ相对应， 该签 名方案用于建立身份认证通道， 并用于CA为系统中的节点颁发证书； CA发布完整的系统参 数fpara＝(para,mpk,Σ)； 所述步骤2具体包括： 一个客户端节点， 将生成其对应于签名方案Σ的公私密钥对 CA将为节点生 成一个使用其主私钥m sk签名的证书； 所述步骤3具体包括： 客户端即参与无服务器异步联邦学习的节点被划分为不同的群组， 根据节点位置和K ‑ Means算法对客户端进行分组； 对于有k个客户端的群组， 首先需要协商群组的大小t， 与所 述系统参数fpara中的元组(Rγ， Pγ， Fγ)对应， (Rγ， Pγ， Fγ)是由CA在设置阶段生成的元组； 客 户端使用Initialize(v1,…,vk)协议初始化群组， 协议包括两个步骤： 第一步： 取1≤i≤k并且i 为正整数， 第i个客户端首 先做如下操作： 1)随机选取正整数 2)计算中间值 3)取1≤j≤t,计算中间值 4)公开消息 第二步： 取1≤i≤k并且i 为正整数， 第i个客户端执 行如下操作： 1)计算公共加密 密钥： 2)取1≤i≤t,计算中间值： 3)令 作为解密密钥； 4)设loc为t长的标志字符串， 如果 一个客户端是第i组成员， 则令[l oc]i＝1； 5)第i个客户端存 储的信息为： 当外部一个或多个客户端加入到第l群组作为第i个客户端节点时， 需要设置[loc]i＝ 1， 协议有三个步骤： 第一步： 当外部节点加入到系统中时， 要执 行以下操作： 1)随机选取正整数 2)计算中间值 3)取正整数j， 且1≤j≤t,计算中间值 权　利　要　求　书 2/5 页 3 CN 114362940 A 3