International Journal of Computer Science & Network Security
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v.21
no.6
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pp.137-142
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2021
Machine-learning systems have proven their worth in various industries, including healthcare and banking, by assisting in the extraction of valuable inferences. Information in these crucial sectors is traditionally stored in databases distributed across multiple environments, making accessing and extracting data from them a tough job. To this issue, we must add that these data sources contain sensitive information, implying that the data cannot be shared outside of the head. Using cryptographic techniques, Privacy-Preserving Machine Learning (PPML) helps solve this challenge, enabling information discovery while maintaining data privacy. In this paper, we talk about how to keep your data mining private. Because Data mining has a wide variety of uses, including business intelligence, medical diagnostic systems, image processing, web search, and scientific discoveries, and we discuss privacy-preserving in deep learning because deep learning (DL) exhibits exceptional exactitude in picture detection, Speech recognition, and natural language processing recognition as when compared to other fields of machine learning so that it detects the existence of any error that may occur to the data or access to systems and add data by unauthorized persons.
The Transactions of the Korea Information Processing Society
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v.13
no.2
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pp.76-90
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2024
Although artificial intelligence (AI) can be utilized in various domains such as smart city, healthcare, it is limited due to concerns about the exposure of personal and sensitive information. In response, the concept of distributed machine learning has emerged, wherein learning occurs locally before training a global model, mitigating the concentration of data on a central server. However, overall learning phase in a collaborative way among multiple participants poses threats to data privacy. In this paper, we systematically analyzes recent trends in privacy protection within the realm of distributed machine learning, considering factors such as the presence of a central server, distribution environment of the training datasets, and performance variations among participants. In particular, we focus on key distributed machine learning techniques, including horizontal federated learning, vertical federated learning, and swarm learning. We examine privacy protection mechanisms within these techniques and explores potential directions for future research.
Abdul Raheem;Zhen Yang;Haiyang Yu;Muhammad Yaqub;Fahad Sabah;Shahzad Ahmed;Malik Abdul Manan;Imran Shabir Chuhan
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.18
no.9
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pp.2589-2604
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2024
Brain tumors, characterized by uncontrollable cellular growths, are a significant global health challenge. Navigating the complexities of tumor identification due to their varied dimensions and positions, our research introduces enhanced methods for precise detection. Utilizing advanced learning techniques, we've improved early identification by preprocessing clinical dataset-derived images, augmenting them via a Generative Adversarial Network, and applying an Improved Privacy-Preserving Collaborative Convolutional Neural Network (IPC-CNN) for segmentation. Recognizing the critical importance of data security in today's digital era, our framework emphasizes the preservation of patient privacy. We evaluated the performance of our proposed model on the Figshare and BRATS 2018 datasets. By facilitating a collaborative model training environment across multiple healthcare institutions, we harness the power of distributed computing to securely aggregate model updates, ensuring individual data protection while leveraging collective expertise. Our IPC-CNN model achieved an accuracy of 99.40%, marking a notable advancement in brain tumor classification and offering invaluable insights for both the medical imaging and machine learning communities.
The Journal of Korean Institute of Next Generation Computing
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v.15
no.4
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pp.7-17
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2019
Machine learning is one of the most accurate techniques to predict and analyze various phenomena. K-means clustering is a kind of machine learning technique that classifies given data into clusters of similar data. Because it is desirable to perform an analysis based on a lot of data for better performance, K-means clustering can be performed in a model with a server that calculates the centroids of the clusters, and a number of clients that provide data to server. However, this model has the problem that if the clients' data are associated with private information, the server can infringe clients' privacy. In this paper, to solve this problem in a model with a number of clients, we propose a privacy-preserving K-means clustering method that can perform machine learning, concealing private information using homomorphic encryption.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.18
no.6
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pp.1462-1477
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2024
With the evolving complexity of connected vehicle features, the volume and diversity of data generated during driving continue to escalate. Enabling data sharing among interconnected vehicles holds promise for improving users' driving experiences and alleviating traffic congestion. Yet, the unintentional disclosure of users' private information through data sharing poses a risk, potentially compromising the interests of vehicle users and, in certain cases, endangering driving safety. Federated learning (FL) is a newly emerged distributed machine learning paradigm, which is expected to play a prominent role for privacy-preserving learning in autonomous vehicles. While FL holds significant potential to enhance the architecture of the Internet of Vehicles (IoV), the dynamic mobility of vehicles poses a considerable challenge to integrating FL with vehicular networks. In this paper, a novel clustered FL framework is proposed which is efficient for reducing communication and protecting data privacy. By assessing the similarity among feature vectors, vehicles are categorized into distinct clusters. An optimal vehicle is elected as the cluster head, which enhances the efficiency of personalized data processing and model training while reducing communication overhead. Simultaneously, the Local Differential Privacy (LDP) mechanism is incorporated during local training to safeguard vehicle privacy. The simulation results obtained from the 20newsgroups dataset and the MNIST dataset validate the effectiveness of the proposed scheme, indicating that the proposed scheme can ensure data privacy effectively while reducing communication overhead.
Journal of the Korea Society of Computer and Information
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v.26
no.4
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pp.1-9
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2021
In this paper, we propose a training algorithm of support vector machine (SVM) with a sensitive variable. Although machine learning models enable automatic decision making in the real world applications, regulations prohibit sensitive information from being used to protect privacy. In particular, the privacy protection of the legally protected attributes such as race, gender, and disability is compulsory. We present an efficient least square SVM (LSSVM) training algorithm using a fully homomorphic encryption (FHE) to protect a partial sensitive attribute. Our framework posits that data owner has both non-sensitive attributes and a sensitive attribute while machine learning service provider (MLSP) can get non-sensitive attributes and an encrypted sensitive attribute. As a result, data owner can obtain the encrypted model parameters without exposing their sensitive information to MLSP. In the inference phase, both non-sensitive attributes and a sensitive attribute are encrypted, and all computations should be conducted on encrypted domain. Through the experiments on real data, we identify that our proposed method enables to implement privacy-preserving sensitive LSSVM with FHE that has comparable performance with the original LSSVM algorithm. In addition, we demonstrate that the efficient sensitive LSSVM with FHE significantly improves the computational cost with a small degradation of performance.
AI (Artificial Intelligence) is being utilized in various fields and services to give convenience to human life. Unfortunately, there are many security vulnerabilities in today's ML (Machine Learning) systems, causing various privacy concerns as some AI models need individuals' private data to train them. Such concerns lead to the interest in ML systems which can preserve the privacy of individuals' data. This paper introduces the latest research on various attacks that infringe data privacy and the corresponding defense techniques.
Journal of the Korea Institute of Information Security & Cryptology
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v.32
no.3
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pp.487-499
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2022
Machine learning such as deep learning have been widely used in recent years. Recently deep learning is performed in a trusted execution environment such as ARM TrustZone to improve security in edge devices and embedded devices with low computing resource. To mitigate this problem, we propose TPMP that efficiently uses the limited memory of TEE through DNN model partitioning. TPMP achieves high confidentiality of DNN by performing DNN models that could not be run with existing memory scheduling methods in TEE through optimized memory scheduling. TPMP required a similar amount of computational resources to previous methodologies.
Journal of the Korea Institute of Information Security & Cryptology
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v.34
no.5
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pp.865-873
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2024
In this study, we propose a privacy-preserving cryptographic API misuse detection framework utilizing homomorphic encryption. The proposed framework is designed to effectively detect cryptographic API misuse while maintaining data confidentiality. We employ a Convolutional Neural Network (CNN)-based detection model and optimize its structure to ensure high accuracy even in an encrypted environment. Specifically, to enable efficient homomorphic operations, we leverage depth-wise convolutional layers and a cubic activation function to secure non-linearity, enabling effective misuse detection on encrypted data. Experimental results show that the proposed model achieved a high F1-score of 0.978, and the total execution time for the homomorphically encrypted model was 11.20 seconds, demonstrating near real-time processing efficiency. These findings confirm that the model offers excellent security and accuracy even when operating in a homomorphic encryption environment.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.18
no.4
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pp.826-842
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2024
As 5G and AI continue to develop, there has been a significant surge in the healthcare industry. The COVID-19 pandemic has posed immense challenges to the global health system. This study proposes an FL-supported edge computing model based on federated learning (FL) for predicting clinical outcomes of COVID-19 patients during hospitalization. The model aims to address the challenges posed by the pandemic, such as the need for sophisticated predictive models, privacy concerns, and the non-IID nature of COVID-19 data. The model utilizes the FATE framework, known for its privacy-preserving technologies, to enhance predictive precision while ensuring data privacy and effectively managing data heterogeneity. The model's ability to generalize across diverse datasets and its adaptability in real-world clinical settings are highlighted by the use of SHAP values, which streamline the training process by identifying influential features, thus reducing computational overhead without compromising predictive precision. The study demonstrates that the proposed model achieves comparable precision to specific machine learning models when dataset sizes are identical and surpasses traditional models when larger training data volumes are employed. The model's performance is further improved when trained on datasets from diverse nodes, leading to superior generalization and overall performance, especially in scenarios with insufficient node features. The integration of FL with edge computing contributes significantly to the reliable prediction of COVID-19 patient outcomes with greater privacy. The research contributes to healthcare technology by providing a practical solution for early intervention and personalized treatment plans, leading to improved patient outcomes and efficient resource allocation during public health crises.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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