Joint source and channel coding (JSCC) has attracted increasing attention due to its robustness and high efficiency. However, JSCC is vulnerable to privacy leakage due to the high relevance between the source image and channel input. In this paper, we propose a disentangled information bottleneck guided privacy-protective JSCC (DIB-PPJSCC) for image transmission, which aims at protecting private information as well as achieving superior communication performance at the legitimate receiver. In particular, we propose a DIB objective to disentangle private and public information. The goal is to compress the private information in the public subcodewords, preserve the private information in the private subcodewords and improve the reconstruction quality simultaneously. In order to optimize JSCC neural networks using the DIB objective, we derive a differentiable estimation of the DIB objective based on the variational approximation and the density-ratio trick. Additionally, we design a password-based privacy-protective (PP) algorithm which can be jointly optimized with JSCC neural networks to encrypt the private subcodewords. Specifically, we employ a private information encryptor to encrypt the private subcodewords before transmission, and a corresponding decryptor to recover the private information at the legitimate receiver. A loss function for jointly training the encryptor, decryptor and JSCC decoder is derived based on the maximum entropy principle, which aims at maximizing the eavesdropping uncertainty as well as improving the reconstruction quality. Experimental results show that DIB-PPJSCC can reduce the eavesdropping accuracy on private information up to $15\%$ and reduce $10\%$ inference time compared to existing privacy-protective JSCC and traditional separate methods.


翻译:联合信源信道编码(JSCC)因其鲁棒性和高效性而日益受到关注。然而,由于源图像与信道输入之间存在高度相关性,JSCC容易遭受隐私泄露。本文提出一种解耦信息瓶颈驱动的隐私保护联合信源信道编码(DIB-PPJSCC)用于图像传输,旨在保护私有信息的同时,在合法接收端实现优越的通信性能。具体而言,我们提出一个解耦信息瓶颈(DIB)目标以分离私有信息与公共信息。其目标是在公共子码字中压缩私有信息,在私有子码字中保留私有信息,并同时提升重建质量。为利用DIB目标优化JSCC神经网络,我们基于变分近似和密度比技巧推导了DIB目标的可微估计量。此外,我们设计了一种基于密码的隐私保护(PP)算法,该算法可与JSCC神经网络联合优化以加密私有子码字。具体地,我们在传输前使用私有信息加密器对私有子码字进行加密,并在合法接收端使用相应的解密器恢复私有信息。基于最大熵原理,我们推导了用于联合训练加密器、解密器和JSCC解码器的损失函数,旨在最大化窃听不确定性并提升重建质量。实验结果表明,与现有隐私保护JSCC及传统分离方法相比,DIB-PPJSCC可将私有信息的窃听准确率降低高达15%,并减少10%的推理时间。

0
下载
关闭预览

相关内容

《计算机信息》杂志发表高质量的论文,扩大了运筹学和计算的范围,寻求有关理论、方法、实验、系统和应用方面的原创研究论文、新颖的调查和教程论文,以及描述新的和有用的软件工具的论文。官网链接:https://pubsonline.informs.org/journal/ijoc
Linux导论,Introduction to Linux,96页ppt
专知会员服务
82+阅读 · 2020年7月26日
FlowQA: Grasping Flow in History for Conversational Machine Comprehension
专知会员服务
34+阅读 · 2019年10月18日
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
60+阅读 · 2019年10月17日
《DeepGCNs: Making GCNs Go as Deep as CNNs》
专知会员服务
32+阅读 · 2019年10月17日
Keras François Chollet 《Deep Learning with Python 》, 386页pdf
专知会员服务
164+阅读 · 2019年10月12日
【SIGGRAPH2019】TensorFlow 2.0深度学习计算机图形学应用
专知会员服务
41+阅读 · 2019年10月9日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
论文浅尝 | Question Answering over Freebase
开放知识图谱
19+阅读 · 2018年1月9日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
From Softmax to Sparsemax-ICML16(1)
KingsGarden
74+阅读 · 2016年11月26日
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
Adversarial Mutual Information for Text Generation
Arxiv
13+阅读 · 2020年6月30日
Principal Neighbourhood Aggregation for Graph Nets
Arxiv
17+阅读 · 2020年6月7日
Arxiv
11+阅读 · 2018年4月8日
VIP会员
最新内容
学习数据的几何:形状空间分析数学综述
专知会员服务
8+阅读 · 6月17日
定向能反无人机系统最新发展动态
专知会员服务
9+阅读 · 6月17日
从燃煤战舰到算法战争:水面指挥的永恒要求
专知会员服务
6+阅读 · 6月17日
相关VIP内容
相关资讯
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
论文浅尝 | Question Answering over Freebase
开放知识图谱
19+阅读 · 2018年1月9日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
From Softmax to Sparsemax-ICML16(1)
KingsGarden
74+阅读 · 2016年11月26日
相关基金
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员