Fundamental Limits of Hierarchical Secure Aggregation with Cyclic User Association

作者: Xiang Zhang, Zhou Li, Kai Wan, Hua Sun, Mingyue Ji, Giuseppe Caire

发布时间: 2025-03-07

来源: arxiv

研究方向: 联邦学习、安全聚合、信息论

主要内容

本文研究了在分层网络中,采用循环关联模式的安全聚合问题。该网络由聚合服务器、中继和用户组成。研究重点关注如何通过增加关联数量B来提高通信和密钥生成效率,同时满足服务器安全和中继安全约束。

主要贡献

1. 提出了一种基于循环关联模式的安全聚合方案,该方案结合了信息论方法和密码学技术。

2. 推导了最小通信速率和密钥速率的下界,并证明了在B ≤ K的情况下,该下界与可实现速率相匹配。

3. 当B = K时,提出了一种方案,实现了最优的通信和源密钥速率,以及近最优的个体密钥速率。

4. 揭示了关联数量B与通信速率和密钥速率之间的基本权衡关系。

研究方法

1. 信息论方法:利用信息论原理推导通信速率和密钥速率的下界。

2. 密码学技术:利用密码学技术实现服务器安全和中继安全。

3. 线性编码:利用线性编码技术设计用户到中继的通信方案。

4. 密钥生成:设计密钥生成方案以满足安全约束。

实验结果

本文推导了最小通信速率和密钥速率的下界,并证明了在B ≤ K的情况下,该下界与可实现速率相匹配。当B = K时,提出了一种方案,实现了最优的通信和源密钥速率,以及近最优的个体密钥速率。

未来工作

研究B = K情况下的最优解,以及如何进一步提高通信和密钥生成效率。