7、P3CA：跨ISP网络的隐私保护异常检测

P3CA：跨ISP网络的隐私保护异常检测

在当今的网络环境中，多个互联网服务提供商（ISPs）之间的合作对于检测网络异常至关重要。然而，这种合作面临着一个关键挑战，即如何在不泄露各自私有数据的情况下进行有效的数据分析。本文将介绍一种名为隐私保护主成分分析（P3CA）的算法，它可以让多个ISPs在不透露私有数据的前提下，计算其组合流量矩阵的主成分。

1. 整体流程

多个ISPs联合检测网络异常的整体流程如下：
1. 选择特殊参与方 ：所有ISPs共同选出两个特殊参与方，即协调者（Coordinator）和密钥持有者（Keyholder）。协调者收集所有ISPs的加密数据，这些数据使用Paillier同态加密方案，用密钥持有者的公钥进行加密。协调者在对加密数据进行盲化处理后，借助密钥持有者对其进行计算。为降低协调者被攻击的风险，可以让多个协调者重复计算，并通过简单投票解决冲突。同样，密钥持有者的密钥可以由所有ISPs以分布式方式生成，对密钥持有者的查询也可以用分布式加密替代。
2. 执行P3CA程序 ：所有ISPs执行半集中式程序P3CA（算法1），以获得矩阵Y的n个主成分的加密集合{Enc(xi)}（i从1到n）。n值预先选定，通常在5 - 8之间。
3. 异常检测 ：每个ISP i使用这些加密主成分来验证其流量矩阵Yi是否存在异常。具体做法是计算残差流量矩阵Enc(Ri) = (I - Enc(P)Enc(P)T)Yi，其中Enc(P) = [Enc(x1)|Enc(x2)| … |Enc(xn)]。Enc(Ri)通过乘以随机旋转矩阵R（正交矩阵）和随机数r