[发明专利]一种边缘计算环境中的隐私保护方法

说明书

本发明公开了一种边缘计算环境中的隐私保护方法，基于正交向量的安全编码实现，包括获取基于正交向量的安全编码边缘计算所在网络的参数；使用任务分配算法将计算任务的一方输入数据分块、加入随机块编码，分配到相应的边缘节点；计算编码矩阵的零空间向量的基向量，根据A的参数发送部分零空间的基向量给用户设备；用户有输入数据之后产生在线计算需求；用户接收到边缘节点返回的所有的中间结果之后，利用系数编码矩阵进行解码，得到所需结果。本发明在基于安全编码的边缘计算中，采用线性编码和添加随机块来保护了计算双方的隐私性，同时利用零空间向量的正交性，设计用户端所添加的随机块，降低了通信负载和解码复杂度，获得低延迟、高效安全的边缘计算隐私保护。

技术领域

本发明涉及分布式边缘计算领域，具体涉及一种在边缘计算环境中通过对安全编码方案进行改进实现的隐私保护方法。

背景技术

近年来，随着物联网的快速发展和4G/5G网络的普及，万物互联的时代已经到来，网络边缘设备的爆炸式增加使得传统的以云为核心的集中式大数据处理已经无法高效处理边缘设备所产生的数据。因此，以边缘计算模型为核心的边缘式大数据处理应运而生，成为了下一代网络的新的研究热点。简单来说，边缘计算是云计算向边缘的延伸，相对于经典云计算带来的“云端”的海量计算能力，边缘计算实现了资源和服务向边缘位置的下沉，从而能够降低交互时延、减轻网络负担、丰富业务类型、优化服务处理，提升服务质量和用户体验。具体来说，边缘计算利用更贴近用户或终端设备的网络资源，比如参与计算的设备可以是路由器、服务器甚至是终端设备。边缘计算可以说是分布式计算的一种，对于不同的计算任务，边缘节点可以实现相互协作，并行处理。

然而，边缘计算中的计算资源可能有不同种类的设备，如计算机、物联网设备、不同服务商提供的边缘服务器等。边缘计算中的计算资源的异构特性给边缘计算带来了两大挑战。首先，一些边缘节点可能会成为掉队者，因为边缘计算节点的性能通常不如数据中心中的服务器，它们可能无法及时返回计算结果；其次，在边缘计算中，计算过程从用户或者云迁移到边缘结点这一过程给计算数据的安全带来了很大的安全隐患，并且边缘结点的可信程度参差不齐，如何保证计算数据的私密性变得尤为重要。

网络编码是2000年R.A, N.C,等人在IEEE Transactions on InformationTheory上发表的论文 Network Information Flow中首次提出的概念。网络编码涉及了图论、信息论以及编码理论等相关领域，主要用在多播网络中。网络编码是一种融合了路由和编码的信息交换技术，它的核心思想是在网络中的各个节点上对各条信道上收到的信息进行线性或非线性的处理，然后转发给下游节点，中间节点扮演着编码器或信号处理器的角色。根据最大流-最小割定理，数据的发送方和接收方之间的最大传输速率不能超过双方之间的最小割值（或最大流值），传统的多播路由的方法一般达不到该上界。网络编码依据对数据编码的方式的差别，可以将之分为两种，一者是线性的网络编码（Linear NetworkCoding），另一者是非线性的网络编码（Non-linear Network Coding）。线性编码简单的来说就是对数据集合进行线性的运算，即编码，然后传输、存储或者计算，之后再解码获得所需的数据的方法。相较于非线性网络编码，线性编码因其编解码简便性、高效性而更加常用。

线性编码（Linear Network Coding，LNC）是一种有前景的保护数据机密性、减少传输延迟的技术。基于线性编码，Wang等人提出了使用编码保证数据传输时的信息理论安全（Information Theoretically Secure，ITS）和弱安全(Weakly Secure, WS)。Li等人提出了分布式计算编码方案（Coded Distributed Computing，CDC）来达到计算和通信负载的平衡。