As Edge Intelligence (EI) becomes increasingly prevalent in domains such as smart healthcare, manufacturing, and critical infrastructure, ensuring data privacy while maintaining system efficiency is a growing challenge. This paper presents a new privacy-preserving machine learning (PPML) framework tailored for EI applications, including a four-layer system architecture and training and inference algorithms. We focus on three leading approaches: Differential Privacy (DP), Secure Multi-party Computation (SMC), and Fully Homomorphic Encryption (FHE), and assess their impact on key performance metrics, including model accuracy, response time, and energy consumption. Results from real implementation and extensive trace-based simulations of inference tasks show that DP generally preserves throughput and latency close to plaintext baselines, while accuracy drops with model complexity (up to 35 percent on AlexNet and under 18 percent on LeNet for FordA). SMC performance is driven by communication; network bandwidth and round complexity determine end-to-end latency. For AlexNet, increasing link capacity from 250 Mbps to 500 Mbps reduces latency by about 30 percent. FHE is highly sensitive to model structure and numerical precision bit width, with tighter parameters imposing substantial compute overhead; we observe roughly a 1000 times increase in response time compared to DP. Beyond efficiency, DP shifts the privacy-utility-extractability frontier by reducing the attacker's data efficiency in black-box model stealing, whereas SMC and FHE, while protecting inputs and parameters during inference, require complementary output controls to achieve similar resistance to extraction. These findings provide critical insights into the trade-offs between privacy, performance, and resource efficiency in edge computing scenarios.


翻译:暂无翻译

0
下载
关闭预览

相关内容

边缘图智能:互相赋能边缘网络与图智能
专知会员服务
25+阅读 · 2024年7月28日
边缘智能研究进展
专知会员服务
81+阅读 · 2023年11月6日
【边缘智能综述论文】A Survey on Edge Intelligence
专知会员服务
124+阅读 · 2020年3月30日
《“边缘计算+”技术白皮书》,82页pdf
专知
11+阅读 · 2022年8月28日
《人工智能安全测评白皮书》,99页pdf
专知
36+阅读 · 2022年2月26日
边缘智能发展与演进白皮书
物联网智库
13+阅读 · 2019年6月17日
解读《中国新一代人工智能发展报告2019》
走向智能论坛
32+阅读 · 2019年6月5日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22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
群体智能:新一代人工智能的重要方向
走向智能论坛
12+阅读 · 2017年8月16日
国家自然科学基金
338+阅读 · 2017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
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
12+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
国家自然科学基金
1+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
18+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
24+阅读 · 2011年12月31日
A Survey on Edge Intelligence
Arxiv
52+阅读 · 2020年3月26日
Directions for Explainable Knowledge-Enabled Systems
Arxiv
26+阅读 · 2020年3月17日
VIP会员
最新内容
《通过小型无人机系统将情报能力“作战化”》
消耗优势:美军的“精确规模化”概念
专知会员服务
8+阅读 · 6月15日
《离线语言支持系统:面向空战战术决策》
专知会员服务
9+阅读 · 6月15日
相关VIP内容
边缘图智能:互相赋能边缘网络与图智能
专知会员服务
25+阅读 · 2024年7月28日
边缘智能研究进展
专知会员服务
81+阅读 · 2023年11月6日
【边缘智能综述论文】A Survey on Edge Intelligence
专知会员服务
124+阅读 · 2020年3月30日
相关资讯
《“边缘计算+”技术白皮书》,82页pdf
专知
11+阅读 · 2022年8月28日
《人工智能安全测评白皮书》,99页pdf
专知
36+阅读 · 2022年2月26日
边缘智能发展与演进白皮书
物联网智库
13+阅读 · 2019年6月17日
解读《中国新一代人工智能发展报告2019》
走向智能论坛
32+阅读 · 2019年6月5日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22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
群体智能:新一代人工智能的重要方向
走向智能论坛
12+阅读 · 2017年8月16日
相关基金
国家自然科学基金
338+阅读 · 2017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
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
12+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
国家自然科学基金
1+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
18+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
24+阅读 · 2011年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员