Mar, 2024

基于 TrustZone 启用的消费者物联网设备上的高效内存和安全的 DNN 推理

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TL;DR边缘智能允许资源密集型深度神经网络进行推理，而无需传输原始数据，解决了消费者物联网设备中的数据隐私问题。我们提出了一种在 TrustZone 中进行先进模型部署的新方法，确保在模型推理过程中综合保护隐私。我们设计了一种内存高效的管理方法，支持内存密集型推理，通过调整内存优先级，有效地减少内存泄漏风险和内存冲突，并在受信任的操作系统中进行了 32 行代码的修改。此外，我们利用了两个小型库：S-Tinylib（2,538 行代码），一个小型深度学习库，和 Tinylibm（827 行代码），一个小型数学库，以支持在受信任执行环境中的高效推理。我们在 Raspberry Pi 3B + 上实现了一个原型，并使用三个知名的轻量级 DNN 模型进行了评估。实验结果表明，与在 TEE 中使用非内存优化方法相比，我们的设计能够将推理速度提高 3.13 倍，并降低功耗超过 66.5%。
edge intelligenceresource-demanding deep neural networkprivacy preservationtrusted execution environmentsmemory-efficient management
发现论文，激发创造
  • DarkneTZ: 边缘可信执行环境技术实现模型隐私保护

    DarkneTZ 是一个使用边缘设备的可信执行环境（TEE）和模型分区相结合的框架，旨在限制面向深度神经网络（DNN）的攻击面，并评估了其 CPU 执行时间和内存使用情况。

    Apr, 2020

  • 无隐私地退却：关于基于 TEE 保护的 DNN 分区在设备上机器学习中的（不）安全性

    通过在设备上进行机器学习引入了新的安全挑战，研究人员提出了 TEE-Shielded DNN 划分的解决方案，通过将 DNN 模型划分为两部分并将隐私敏感的部分保护在 TEE 内，从而提供了与将整个 DNN 模型放入 TEE 中相同的安全保护，但开销减少了 10 倍，并且没有准确度损失。

    Oct, 2023

  • Slalom：受信任硬件中神经网络的快速、可验证和私有执行

    本研究探索了使用 Trusted Execution Environments（TEE）优化深度神经网络执行的问题，提出了一种名为 Slalom 的框架，用于实现基于 TEE 架构的有效且私密的外包计算，实验结果表明 Slalom 的执行性能在特定条件下有显著提升。

    Jun, 2018

  • 边缘智能：设备 - 边缘协同，按需深度学习模型协同推理

    提出了 Edgent，这是一种协作和按需的 DNN 合作推理框架，其旨在通过在设备和边缘之间自适应地分配 DNN 计算来提高实时 DNN 推理的性能，并通过在适当的中间 DNN 层进行早期退出来加速 DNN 推理。

    Jun, 2018

  • RL-DistPrivacy: 低延迟 IoT 系统隐私感知分布式深度推理

    本论文通过重新考虑分发策略，并利用增强学习设计来支持异构设备和多个 DNN / 数据集，实现协同深度推理的安全性，以平衡联合推理的延迟和数据隐私级别之间的权衡。

    Aug, 2022

  • 一个混合深度学习架构用于隐私保护移动分析

    本篇论文提出了一种用于合作、隐私保护分析的深度神经网络混合方法，使用边缘处理的思想，在保持效益的同时，有效减少了不必要、潜在敏感信息的级别。利用 Siamese 微调技术，可以确保用户设备只带有主任务所需的必要信息，并防止数据的二次推断。

    Mar, 2017

  • TBNet: 用于可信执行环境中深度神经网络模型保护的神经结构防御框架

    TBNet 是一种基于 TEE 的防御框架，从神经结构的角度保护 DNN 模型，利用非受信 Rich Execution Environment (REE) 中的计算资源减少延迟并利用物理隔离的 TEE 保护模型，在树莓派上的实验结果表明 TBNet 以较低的成本实现了高效的模型保护。

    May, 2024

  • 移动 / 嵌入式设备高效推理的动态深度神经网络和运行时管理

    深度神经网络在移动和嵌入式平台上执行推理具有延迟、隐私和始终可用性等多个关键优势。然而，由于计算资源有限，有效地在移动和嵌入式平台上部署深度神经网络具有挑战性。本论文提出了一种结合了算法和硬件的运行时性能权衡管理方法，通过动态超网络实现了实时满足变化的应用性能目标和硬件约束。在实验中，我们的模型在 Jetson Xavier NX 的 GPU 上使用 ImageNet 数据集相对于最先进的方法，在相似的 ImageNet Top-1 准确率下速度提高了 2.4 倍，或在相似的延迟下准确率提高了 5.1%。同时，我们设计了一个分级运行时资源管理器，在单模型部署场景中达到了 19% 的能量降低和 9% 的延迟降低，在两个并发模型部署场景中能量降低了 89%，延迟降低了 23%。

    Jan, 2024

  • 边缘设备上实现深度学习

    本论文探讨了 DNN 在资源受限的边缘设备上部署的优化问题，并研究了四种边缘智能场景下的深度学习方法，通过减少 DNN 冗余度来达到资源消耗与模型准确度之间的平衡。

    Oct, 2022

  • 使用 ARM TrustZone 防御推理攻击的联邦学习系统保护

    本研究提出了一种使用受信任的执行环境（TEE）保护机器学习模型敏感层的新方法 GradSec，无需将大部分模型放入 TEE，从而在减小 TEB 大小和降低总体训练时间方面超过现有框架，能够有效地防止由于推理攻击泄露的隐私数据。

    Aug, 2022