基于Secure CNN的高效加密图像内容检索系统

作者：卢雨晗; 陈立全^*; 王宇; 胡致远

来源：计算机科学, 2023, 50(09): 26-34.

• 近似同态
• 基于内容的图像检索技术
• 神经网络
• 分级可导航小世界图算法
• 高效检索

随着智能设备的快速发展，云上的基于内容的图像检索技术(CBIR)越来越受欢迎。但在半诚实的云服务器上进行图像检索存在泄露用户隐私的风险。为了防止个人隐私遭到泄露，用户外包图像给云之前会对其进行加密，但现有的明文域上CBIR方案对于加密图像数据的搜索是无效的。为了解决这些问题，文中提出了一个基于近似数同态的高效加密图像内容检索方案，在保护用户隐私的情况下，能够快速实现以图搜图，且无需用户的持续交互。首先使用近似数同态神经网络对图像集进行特征提取，可以保证网络模型的参数和图像集数据不会泄露给云服务器。其次，提出了一种新的神经网络分治方法，该方法可以减少同态加密乘法深度和提高模型运行效率；利用分级可导航小世界(HNSW)算法构造索引，实现高效图像检索。此外，使用同态加密保障图像数据传输过程的安全性，使用对称加密算法保证存储阶段的安全性。最后，通过实验对比和安全性分析证明了该方案的安全性和效率。实验结果表明，该方案是IND-CCA的，且在保证图像私密性的前提下，其同态加密的乘法次数最多为3次，在检索精度上远超过现有方案，在检索时间复杂度方面比现有方案高出至少100倍，实现了检索精度和效率的兼顾。

• 单位
  东南大学