1.命题方向

智能计算

2.题目类别

计算类

3.题目名称

边缘智能协同计算模式下的隐私保护系统

4.背景说明

【整体背景】

如今，物联网（IoT）在智能应用中扮演着至关重要的角色，如智能医疗、智能家居、智能交通和智能教育，每天，物联网系统都会产生大量的数据，并注入各种存储空间。如此海量的数据为机器学习提供了有效利用这些数据的温床。集中式培训模式需要大量数据集作为培训支持，这些数据集通常包含用户不想透露的虚拟信息，同时，集中式的模型训练效率低下，为了解决单一的云服务器容易成为敌手俘获攻击的目标导致单点失败,且在基于多输入输出的多用户、多任务场景中由于远离用户端易造成反馈延迟较大而成为外包系统瓶颈的问题,边缘计算应运而生，在边缘计算模式下使所有用户能够并行训练，大大提高了训练效率，但在云-边-端三方进行数据传输时，存在用户隐私数据泄露的各种问题，如重放攻击、梯度泄露攻击等。

因此，基于边缘计算的隐私保护成为必要，需要一种安全聚合方法，能够保护物联网设备的数据安全和模型安全，并具有抵御共谋攻击的能力。

【公司背景】

四川虹信软件股份有限公司（以下简称虹信软件）是中国领先的创新型软件及IT解决方案提供商和服务商。公司成立于2008年，注册资本1.5亿，总部坐落于绵阳市高新区，是四川长虹旗下旗舰企业之一。经过十多年发展和成长，虹信软件已经发展成为拥有四大核心能力的高新技术企业，专注于智慧企业、军民融合以及智慧城市三大业务领域前沿IT技术研发、咨询与实施。

虹信软件坚持“智慧创造价值、专业赢得信赖”的发展理念，培养了一大批专业理论扎实、实践经验丰富的研发人才，并将“可靠性、可控性、可持续性”融入到公司的各个经营、管理环节。公司拥有发明专利1项，软件著作权70余项，掌握了大数据、物联网、人工智能、信息安全等领域核心关键技术，为了全面保障软件产品及服务品质，虹信多年来坚持ISO9001质量体系、OHSAS18001职业健康安全管理体系和ISO14001环境管理体系标准，基于CMMI成熟度模型建立了软件研发体系。

虹信软件是“国家信息化试点工程”、国家“IT外包服务”首批12家试点企业之一，并承担了国家科技部863计划、现代服务业示范工程等国家级重大项目；荣获“中国咨询服务产业最具竞争力领军企业”、“中国制造业信息化优秀服务商”和“中国西部企业信息化建设优秀服务商”等荣誉。

【业务背景】

在公司的日常运作中，需要进行大量的计算任务，边缘的设备在将数据信息进行收集之后，并没有足够的算力来进行计算，需要将其上传到边缘服务器进行计算，同时需要与云服务器进行数据和模型的交互，在这个过程中，需要对数据和模型的隐私性和完整性进行保护。

5.项目说明

【问题说明】

本题着力于解决边缘计算模式下的隐私保护问题，即在边缘计算的场景下设计一个隐私保护系统。在边缘智能设备将数据收集之后，将其聚合到边缘服务器，在边缘服务器对其进行模型训练，将训练好的模型参数上传到云端服务器进行聚合，再将聚合的结果返回给各个边缘服务器，并以此作为下一轮训练时使用的初始参数，在达到收敛之后，将训练好的模型反馈给各个边缘智能设备。

【用户期望】

参赛选手结合业务需求，进行算法模型的开发，完成真实环境下的边缘计算隐私保护系统的实现，达到隐私保护的目的。

6.任务要求

【开发说明】

需要对设计的应用场景有深入的了解和阐述，如应用在智能家居、智慧医疗场景下，在具体的应用场景下对系统框架进行详细阐述，所开发的算法模型须体现边缘计算架构模式，同时满足真实会商控制演示需求。

【技术要求与指标】

本项目的开发实现不限语言，实现人机交互界面，能够体现训练效果。

本项目在深度学习下进行模型训练，实现于全连接和卷积神经网络的模型训练，需要详细阐述隐私保护相关协议以及在恶意攻击下的隐私保护效果，如在梯度泄露攻击下是否会泄露以致于被攻击者还原图像。

本项目所需的数据集可自选，对隐私保护效果的分析需要考虑精度和效率。

【提交材料】

（1）项目概要介绍；

（2）项目简介PPT；

（3）项目详细方案；

（4）项目演示视频；

（5）企业要求提交材料：

1需求设计说明书

2概要设计说明书

3详细设计说明书

4测试用例

5性能测试报告

6系统测试报告

7可实际运行的演示demo程序

（6）团队自愿提交的其他补充材料。

【任务清单】

（1）项目立项，确定项目方向和开发方向; 

（2）确定开发周期，按照计划进行项目开发;

（3）按照比赛要求按时提交相应的比赛作品材料。

【开发工具与数据接口】

开发语言及工具不限制

7.其他

无

8.参考信息

无

9.评分要点

赛题评分要点见附件四：A类初决赛阶段评分表。