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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。
中图分类号:TP309 文献标识码:ADOI:10.19358/j.issn.2097-1788.2025.03.002
引用格式:贺春禄,唐琪. 基于差分隐私的面部图像安全传播方法研究[J].网络安全与数据治理,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

人脸数据包含独特的身份信息,如瞳距、轮廓和尺寸等生物特征,机器学习技术能够通过训练人脸图像实现精准识别。然而,若人脸数据泄露,不法分子可能重构面部图像、生成虚拟视频或规避活体检测,导致严重的隐私风险和经济损失。随着人脸识别技术的发展,隐私保护问题日益受到重视。2023年8月,国家网信办发布《人脸识别技术应用安全管理规定(试行)(征求意见稿)》[1],对人脸识别的应用场景提出具体要求,尤其是针对远距离、无感式识别技术设定了明确界限。在政策监管加强的背景下,技术层面的隐私保护研究逐渐受到关注。为了有效应对个人信息泄露和数据滥用的风险,不同学者从多元化的角度提出了创新的理论框架与技术手段,包括差分隐私[2-4]、联邦学习[5]、同态加密[6]、安全多方计算[7]等。这些方法在保障数据隐私的同时,推动了数据共享与协作的实践进步。其中,差分隐私作为一项重要的隐私保护技术,在防御推理攻击和模型提取攻击方面展现了显著的潜力。然而,在面部图像保护领域,其应用仍面临诸多挑战。现有方法在隐私性与可用性之间难以有效平衡,主要包括像素处理方法和特征向量处理方法的局限性。

本文基于差分隐私机制,提出一种契合图像识别特点的隐私保护方法,主要贡献包括:(1)提出基于径向距离与切向方向的差分隐私方法,并设计噪声生成机制以适配角度度量和欧式距离度量的分类需求;(2)提出隐私图像生成方法,通过简单的图像遮罩操作,将特征嵌入向量转化为满足差分隐私的特征表示;(3)构建隐私预算的度量方法,结合数学证明验证算法的隐私性及有效性,并在公开数据集上进行实验验证。

本文详细内容请下载:

http://www.chinaaet.com/resource/share/2000006371


作者信息:

贺春禄1,唐琪2

(1.中国科学院文献情报中心,北京100190;

2.湖南大学,湖南长沙410082)


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