MDP: Privacy-Preserving GNN Based on Matrix Decomposition and Differential Privacy

差别隐私 计算机科学 邻接矩阵 理论计算机科学 图形 矩阵分解 信息隐私 架空(工程) 节点(物理) 数据挖掘 人工智能 算法 特征向量 计算机安全 物理 结构工程 量子力学 工程类 操作系统
作者
Weihua Xu,Bin Shi,Jiqiang Zhang,Zhiyuan Feng,Tianze Pan,Bo Dong
标识
DOI:10.1109/jcc59055.2023.00011
摘要

In recent years, graph neural networks (GNN) have developed rapidly in various fields, but the high computational consumption of its model training often discourages some graph owners who want to train GNN models but lack computing power. Therefore, these data owners often cooperate with external calculators during the model training process, which will raise critical severe privacy concerns. Protecting private information in graph, however, is difficult due to the complex graph structure consisting of node features and edges. To solve this problem, we propose a new privacy-preserving GNN named MDP based on matrix decomposition and differential privacy (DP), which allows external calculators train GNN models without knowing the original data. Specifically, we first introduce the concept of topological secret sharing (TSS), and design a novel matrix decomposition method named eigenvalue selection (ES) according to TSS, which can preserve the message passing ability of adjacency matrix while hiding edge information. We evaluate the feasibility and performance of our model through extensive experiments, which demonstrates that MDP model achieves accuracy comparable to the original model, with practically affordable overhead.
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