《電子技術(shù)應(yīng)用》
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基于差分隐私的面部图像安全传播方法研究
网络安全与数据治理
贺春禄1,唐琪2
1.中国科学院文献情报中心;2.湖南大学
摘要: 人脸数据蕴含丰富身份信息,其隐私泄露问题备受关注。传统差分隐私方法直接对像素或特征向量整体添加噪声,导致识别性能下降且缺乏可解释性。为此,提出一种新型差分隐私方法,将特征嵌入向量结合分类方法设计,创新性地将响应数据转换为径向半径与切向角度两种形式,更好适配分类中的角度与距离度量。在此基础上,构建了基于角度与半径的差分隐私噪声生成机制,并通过差分隐私组合定理定义隐私预算并进行数学证明。此外,设计了隐私图像生成方法,通过优化评价函数实现隐私性与可用性的平衡。实验结果基于三个公开数据集,表明所提方法在径向与切向方向的组合应用中表现优异,在相同隐私预算下显著提升了识别性能。该方法实现了隐私保护与分类可用性的兼顾,并在解释性与性能上展现出显著优势。
中圖分類號:TP309文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:ADOI:10.19358/j.issn.2097-1788.2025.03.002
引用格式:賀春祿,唐琪. 基于差分隱私的面部圖像安全傳播方法研究[J].網(wǎng)絡(luò)安全與數(shù)據(jù)治理,2025,44(3):8-16.
Research on security dissemination method of facial images based on differential privacy
He Chunlu1,Tang Qi2
1. National Science Library, Chinese Academy of Sciences; 2. Hunan University
Abstract: Face data contains rich identity information, and its privacy leakage has attracted much attention. Traditional differential privacy methods directly add noise to pixels or feature vectors as a whole, resulting in decreased recognition performance and lack of interpretability. Therefore, this paper proposes a new differential privacy method, which combines the feature embedding vector with the classification method design, and innovatively converts the response data into two forms of radial radius and tangential angle, so as to better adapt the angle and distance measurement in classification. On this basis, a differential privacy noise generation mechanism based on angle and radius is constructed, and the privacy budget is defined and mathematically proved by the differential privacy combination theorem. In addition, this paper designs a privacy image generation method to achieve a balance between privacy and availability by optimizing the evaluation function. The experimental results based on three public datasets show that the proposed method performs well in the combined application of radial and tangential directions, and significantly improves the recognition performance under the same privacy budget. This method achieves both privacy protection and classification availability, and shows significant advantages in interpretability and performance.
Key words : differential privacy; face recognition; feature embedding; privacy-preserve

引言

人臉數(shù)據(jù)包含獨(dú)特的身份信息,如瞳距、輪廓和尺寸等生物特征,機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)能夠通過訓(xùn)練人臉圖像實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)識(shí)別。然而,若人臉數(shù)據(jù)泄露,不法分子可能重構(gòu)面部圖像、生成虛擬視頻或規(guī)避活體檢測,導(dǎo)致嚴(yán)重的隱私風(fēng)險(xiǎn)和經(jīng)濟(jì)損失。隨著人臉識(shí)別技術(shù)的發(fā)展,隱私保護(hù)問題日益受到重視。2023年8月,國家網(wǎng)信辦發(fā)布《人臉識(shí)別技術(shù)應(yīng)用安全管理規(guī)定(試行)(征求意見稿)》[1],對人臉識(shí)別的應(yīng)用場景提出具體要求,尤其是針對遠(yuǎn)距離、無感式識(shí)別技術(shù)設(shè)定了明確界限。在政策監(jiān)管加強(qiáng)的背景下,技術(shù)層面的隱私保護(hù)研究逐漸受到關(guān)注。為了有效應(yīng)對個(gè)人信息泄露和數(shù)據(jù)濫用的風(fēng)險(xiǎn),不同學(xué)者從多元化的角度提出了創(chuàng)新的理論框架與技術(shù)手段,包括差分隱私[2-4]、聯(lián)邦學(xué)習(xí)[5]、同態(tài)加密[6]、安全多方計(jì)算[7]等。這些方法在保障數(shù)據(jù)隱私的同時(shí),推動(dòng)了數(shù)據(jù)共享與協(xié)作的實(shí)踐進(jìn)步。其中,差分隱私作為一項(xiàng)重要的隱私保護(hù)技術(shù),在防御推理攻擊和模型提取攻擊方面展現(xiàn)了顯著的潛力。然而,在面部圖像保護(hù)領(lǐng)域,其應(yīng)用仍面臨諸多挑戰(zhàn)?,F(xiàn)有方法在隱私性與可用性之間難以有效平衡,主要包括像素處理方法和特征向量處理方法的局限性。

本文基于差分隱私機(jī)制,提出一種契合圖像識(shí)別特點(diǎn)的隱私保護(hù)方法,主要貢獻(xiàn)包括:(1)提出基于徑向距離與切向方向的差分隱私方法,并設(shè)計(jì)噪聲生成機(jī)制以適配角度度量和歐式距離度量的分類需求;(2)提出隱私圖像生成方法,通過簡單的圖像遮罩操作,將特征嵌入向量轉(zhuǎn)化為滿足差分隱私的特征表示;(3)構(gòu)建隱私預(yù)算的度量方法,結(jié)合數(shù)學(xué)證明驗(yàn)證算法的隱私性及有效性,并在公開數(shù)據(jù)集上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

 

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http://m.ihrv.cn/resource/share/2000006371


作者信息:

賀春祿1,唐琪2

(1.中國科學(xué)院文獻(xiàn)情報(bào)中心,北京100190;

2.湖南大學(xué),湖南長沙410082)


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