Les applications du calcul multipartite sécurisé en apprentissage automatique

Applications of secure multi-party computation in Machine Learning

• Auteur / Autrice : Angelo Saadeh
• Direction : Daniel Augot, Matthieu Rambaud
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique
• Date : Soutenance le 08/06/2023
• Etablissement(s) : Institut polytechnique de Paris
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale de l'Institut polytechnique de Paris
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Traitement et communication de l'information (Paris ; 2003-....) - Laboratoire de Traitement et Communication de l'Information
• Partenaire(s) de recherche : Etablissement opérateur d'inscription : Télécom Paris (Palaiseau ; 1977-....)
• Jury : Président / Présidente : Catuscia Palamidessi
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Catuscia Palamidessi, Suna Melek Önen, Anderson C. A. Nascimento, Jan Ramon
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Suna Melek Önen, Anderson C. A. Nascimento

Mots clés

Mots clés contrôlés

Protection de l'information (informatique)

Chiffrement (informatique)

Analyse des données

Apprentissage automatique

Mots clés libres

Calcul multipartite sécurisé

Apprentissage automatique sur données confidentielles

Analyse de données

Confidentialité

Secure multiplarty computation

Machine learning

Data analysis

Privacy

Résumé

La préservation des données privées dans l'apprentissage automatique et l'analyse des données devient de plus en plus importante à mesure que la quantité d'informations personnelles sensibles collectées et utilisées par les organisations continue de croître. Cela pose le risque d'exposer des informations personnelles sensibles à des tiers malveillants, ce qui peut entraîner un vol d'identité, une fraude financière ou d'autres types de cybercriminalité. Les lois contre l'utilisation des données privées sont importantes pour protéger les individus contre l'utilisation et le partage de leurs informations. Cependant, ce faisant, les lois sur la protection des données limitent les applications des modèles d'apprentissage automatique, et certaines de ces applications pourraient sauver des vies, comme dans le domaine médical.Le calcul multipartite sécurisé (MPC) permet à plusieurs partis de calculer collaborativement une fonction sur leurs entrées sans avoir à révéler ou à échanger les données elles-mêmes. Cet outil peut être utilisé pour entraîner et utiliser des modèles d'apprentissage automatique collaboratif lorsqu'il existe des problèmes de confidentialité concernant l'échange d'ensembles de données sensibles entre différentes entités.Dans cette thèse, nous (I) utilisons des algorithmes de calcul multipartite sécurisés existants et en développons de nouveaux, (II) introduisons des approximations cryptographiques des fonctions couramment utilisées en apprentissage automatique, et (III) complémentons le calcul multipartite sécurisé avec d'autres outils de confidentialité. Ce travail est effectué dans le but de mettre en œuvre des algorithmes d'apprentissage automatique et d'analyse de données préservant la confidentialité.Notre travail et nos résultats expérimentaux montrent qu'en exécutant les algorithmes à l'aide du calcul multipartite sécurisé, la confidentialités des données est préservée et l'exactitude du résultat est satisfait. En d'autres termes, aucun parti n'a accès aux informations d'un autre et les résultats obtenus par les modèles d'apprentissage automatique et des algorithmes d'analyse de données sont les mêmes par rapport aux résultats des algorithmes exécutés sur données non chiffrés.Dans son ensemble, cette thèse offre une vision globale du calcul multipartite sécurisé pour l'apprentissage automatique, démontrant son potentiel à révolutionner le domaine. Cette thèse contribue au déploiement et à l'acceptabilité du calcul multipartite sécurisé en apprentissage automatique et en analyse de données.

Privacy-preserving in machine learning and data analysis is becoming increasingly important as the amount of sensitive personal information collected and used by organizations continues to grow. This poses the risk of exposing sensitive personal information to malicious third parties - which can lead to identity theft, financial fraud, or other types of cybercrime. Laws against the use of private data are important to protect individuals from having their information used and shared. However, by doing so, data protection laws limit the applications of machine learning models, and some of these applications could be life-saving - like in the medical field.Secure multi-party computation (MPC) allows multiple parties to jointly compute a function over their inputs without having to reveal or exchange the data itself. This tool can be used for training collaborative machine learning models when there are privacy concerns about exchanging sensitive datasets between different entities.In this thesis, we (I) use existing and develop new secure multi-party computation algorithms, (II) introduce cryptography-friendly approximations of common machine functions, and (III) complement secure multi-party computation with other privacy tools. This work is done in the goal of implementing privacy-preserving machine learning and data analysis algorithms.Our work and experimental results show that by executing the algorithms using secure multi-party computation both security and correctness are satisfied. In other words, no party has access to another's information and they are still being able to collaboratively train machine learning models with high accuracy results, and to collaboratively evaluate data analysis algorithms in comparison with non-encrypted datasets.Overall, this thesis provides a comprehensive view of secure multi-party computation for machine learning, demonstrating its potential to revolutionize the field. This thesis contributes to the deployment and acceptability of secure multi-party computation in machine learning and data analysis.