Homomorphic encryption (HE)-based deep neural network (DNN) inference protects data and model privacy but suffers from significant computation overhead. We observe transforming the DNN weights into circulant matrices converts general matrix-vector multiplications into HE-friendly 1-dimensional convolutions, drastically reducing the HE computation cost. Hence, in this paper, we propose \method, a protocol/network co-optimization framework based on block circulant transformation. At the protocol level, PrivCirNet customizes the HE encoding algorithm that is fully compatible with the block circulant transformation and reduces the computation latency in proportion to the block size. At the network level, we propose a latency-aware formulation to search for the layer-wise block size assignment based on second-order information. PrivCirNet also leverages layer fusion to further reduce the inference cost. We compare PrivCirNet with the state-of-the-art HE-based framework Bolt (IEEE S\&P 2024) and the HE-friendly pruning method SpENCNN (ICML 2023). For ResNet-18 and Vision Transformer (ViT) on Tiny ImageNet, PrivCirNet reduces latency by $5.0\times$ and $1.3\times$ with iso-accuracy over Bolt, respectively, and improves accuracy by $4.1\%$ and $12\%$ over SpENCNN, respectively. For MobileNetV2 on ImageNet, PrivCirNet achieves $1.7\times$ lower latency and $4.2\%$ better accuracy over Bolt and SpENCNN, respectively. Our code and checkpoints are available in the supplementary materials.


翻译:基于同态加密(HE)的深度神经网络(DNN)推理能够保护数据和模型隐私,但存在显著的计算开销。我们观察到,将DNN权重转换为循环矩阵,可将通用矩阵-向量乘法转化为HE友好的一维卷积,从而大幅降低HE计算成本。为此,本文提出PrivCirNet,一个基于分块循环变换的协议/网络协同优化框架。在协议层面,PrivCirNet定制了与分块循环变换完全兼容的HE编码算法,并实现了计算延迟随分块大小成比例降低。在网络层面,我们提出一种基于二阶信息的延迟感知优化公式,以搜索逐层分块大小分配方案。PrivCirNet还利用层融合技术进一步降低推理开销。我们将PrivCirNet与最先进的基于HE的框架Bolt(IEEE S&P 2024)以及HE友好的剪枝方法SpENCNN(ICML 2023)进行比较。在Tiny ImageNet数据集上,对于ResNet-18和Vision Transformer(ViT),PrivCirNet在保持相同精度下分别比Bolt降低了$5.0\times$和$1.3\times$的延迟,同时相比SpENCNN分别提升了$4.1\%$和$12\%$的准确率。在ImageNet数据集上,对于MobileNetV2,PrivCirNet相比Bolt和SpENCNN分别实现了$1.7\times$的延迟降低和$4.2\%$的准确率提升。我们的代码与模型检查点已提供于补充材料中。

0
下载
关闭预览

相关内容

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
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2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
Hierarchical Imitation - Reinforcement Learning
CreateAMind
19+阅读 · 2018年5月25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
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16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
18+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
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
4+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
3+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
1+阅读 · 2014年12月31日
Arxiv
0+阅读 · 2024年6月28日
Arxiv
16+阅读 · 2019年4月4日
Arxiv
10+阅读 · 2018年2月17日
VIP会员
最新内容
美海警海上态势感知无人系统
专知会员服务
2+阅读 · 今天5:10
《复杂系统数据驱动预测建模的数值框架》报告
专知会员服务
5+阅读 · 今天3:37
从“会话式人工智能”角度看“Maven智能系统”
专知会员服务
3+阅读 · 今天3:02
《无人机母舰:一种新兴的海军平台》报告
专知会员服务
4+阅读 · 今天2:51
【ICLR2026】基于小型语言模型的终身智能体
专知会员服务
10+阅读 · 4月27日
全面的反无人机系统培训计划
专知会员服务
2+阅读 · 4月27日
探秘Palantir:驱动美情报的科技巨头
专知会员服务
4+阅读 · 4月27日
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
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2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
Hierarchical Imitation - Reinforcement Learning
CreateAMind
19+阅读 · 2018年5月25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
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16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
18+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
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
4+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
3+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
1+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员