Optimizing MDS Coded Caching in Wireless Networks with Device-to-Device Communication
我们认为在密集的无线网络中的移动设备中的内容缓存使用最大距离可分离（MDS）码。我们专注于一个区域，由一个基站（BS），移动设备根据随机移动模型移动。请求特定文件的用户使用设备到设备通信从通信范围内的缓存设备下载编码分组。如果需要额外的分组来解码文件，则从BS下载这些分组。我们分析了设备的移动性，并得出一个很好的近似的分布范围内的移动设备的通信在任何给定的时间缓存设备。然后，我们优化的MDS代码，以最大限度地减少网络负载下的缓存大小的限制，并表明，使用优化的MDS代码的结果在显着降低网络负载时，缓存最流行的文件。我们进一步用数字表明，在所有移动设备上缓存每个文件的编码数据包，即，最大的扩展是最优的。
2018-10-30 cs.IT math.IT
Weakly-Private Information Retrieval From MDS-Coded Distributed Storage
本文首次研究MDS编码分布式存储下的弱隐私信息检索问题，提出WPIR协议并刻画下载速率与信息泄露的最优权衡。
2024-01-17 cs.CR cs.IT math.IT
MDS-Coded Distributed Caching for Low Delay Wireless Content Delivery
我们研究使用最大距离可分离（MDS）码缓存流行的内容，以减少无线内容传输的下载延迟。特别是，我们考虑一个蜂窝系统中的设备漫游在一个细胞根据泊松随机过程。流行内容使用MDS代码被缓存在有限数量的移动设备中，并且可以使用设备到设备通信从移动设备下载。我们推导出一个解析表达式的延迟从无线网络中下载的内容，并显示使用MDS码的分布式缓存可以显着降低下载延迟的情况下，内容总是从基站下载和未编码的分布式缓存的情况下。
2017-01-05 cs.IT math.IT
Private Information Retrieval from Joint Systematic MDS-Coded with Non-Colluding Servers: Bounds and Constructions
School of Information Science and Engineering, Shandong Agricultural University（山东农业大学信息科学与工程学院）；State Key Laboratory of Cryptography and Digital Economy Security, Shandong University（山东大学密码与数字经济安全国家重点实验室）；Key Laboratory of Cryptologic Technology and Information Security, Ministry of Education, Shandong University（山东大学教育部密码技术与信息安全重点实验室）；School of Cyber Science and Technology, Shandong University（山东大学网络空间安全学院）
本文研究联合MDS编码PIR的容量，针对系统MDS阵列存储码，推导了K=Mt和K=Mt+1情况下的上界，并构造了三种方案，实现了高于分离MDS编码PIR方案的检索率，其中第一种和第三种方案超过容量，第二种在存储率大于阈值时也超过。
2026-06-23 cs.IT math.IT
On the Fundamental Limit of Private Information Retrieval for Coded Distributed Storage
我们认为私人信息检索（PIR）的分布式存储系统（DSS）与非串通节点的数据存储使用非最大距离可分离（MDS）的线性码。最近表明，如果使用特定类别的非MDS线性码存储数据，则MDS-PIR容量，即，可以实现MDS编码的DSS的最大可能PIR速率。对于这类码，我们证明了PIR容量确实等于MDS-PIR容量，给出了第一个PIR容量已知的非MDS码族。对于其他代码，我们提供了非对称PIR协议，实现了严格更大的PIR率相比，现有的对称PIR协议。
2018-08-27 cs.IT math.IT
Towards Practical Private Information Retrieval from MDS Array Codes
私有信息检索（PIR）是从$N$服务器中私有地检索出$M$原始文件中的一个的问题，即，每个单独的服务器对用户正在请求的文件一无所知。通常，$M$文件由最大距离可分离（MDS）代码复制或编码，然后跨$N$服务器存储。与单纯的复制相比，MDS编码服务器可以显著降低存储开销。特别地，来自最小存储再生（MSR）编码服务器的PIR可以同时减少修复故障服务器时的修复带宽。来自MSR编码服务器的现有PIR方案要么需要大子分组化水平，要么不能实现容量。本文提出了一种基于MDS阵列码的PIR协议，其中将MSR编码服务器的PIR作为特殊情况。特别是，非串通，诚实，但好奇的服务器的情况下被认为是。新的PIR协议的检索率达到了MDS/MSR编码服务器的PIR容量。通过选择不同的MDS阵列码，新的PIR协议与现有的协议相比可以具有一些优点，例如，1)小的子分组化，2）（接近）最佳修复带宽，3）可在二进制字段$\mathbf{F}_2$上实现。
2020-03-12 cs.IT math.IT
Private Information Retrieval from MDS Coded Data with Colluding Servers: Settling a Conjecture by Freij-Hollanti et al.
MDS-TPIR问题的$(K, N, T, K_c)$实例由$K$消息和$N$分布式服务器组成。每个消息通过$(K_c, N)$ MDS存储代码单独编码。用户希望尽可能高效地检索一条消息，同时不向多达个$T$服务器的任何串通集合透露有关所需消息索引的信息。检索效率的基本限制，即，MDS-TPIR的容量仅在$T$或$K_c$属于$\{1,N\}$的极端情况下是已知的。这项工作的重点是Freij-Hollanti，Gnilke，Hollanti和Karpuk最近提出的一个猜想，该猜想为MDS-TPIR提供了一个通用的容量表达式。我们证明，该猜想是假的，作为一个反例提出的PIR计划的设置$(K, N, T, K_c) = (2,4,2,2)$，它实现了速率$3/5$，超过了所限制的容量，$4/7$。从反例的见解导致我们的能力表征MDS-TPIR的各种情况下，包括所有情况下与$(K, N, T, K_c) = (2,N,T,N-1)$，其中$N$和$T$可以是任意的。
2017-01-30 cs.CR cs.IR cs.IT
On Sub-Packetization and Access Number of Capacity-Achieving PIR Schemes for MDS Coded Non-Colluding Servers
考虑分布式存储系统上的私有信息检索（PIR）问题，其中通过使用$[N,K]$ MDS代码跨$N$服务器存储$M$记录。为了简单起见，这个问题通常被称为编码PIR问题。2016年，Banawan和Ulukus设计了第一个实现容量的编码PIR方案，该方案具有子分组化$KN^{M}$和访问数$MKN^{M}$，其中容量表征每单位数据检索的最小下载大小，子分组化和访问数是与实现复杂度密切相关的两个度量。在本文中，我们专注于最小化的子分组和访问数量的线性容量实现编码PIR计划。我们首先确定子分组化和访问数的下限，分别是$Kn^{M-1}$和$MKn^{M-1}$，在非平凡的情况下（即$N\!>\!K\!\geq\!1$和$M\!>\!1$），其中$n\!=\!N/{\rm gcd}(N,K)$。然后，我们设计了一个一般的线性容量实现编码PIR计划，同时达到这两个界限，这意味着两个界限的紧密性。
2019-01-17 cs.IT math.IT
On the Reliability of Information Retrieval From MDS Coded Data in DNA Storage
Côte d’Azur University（蔚蓝海岸大学）；CNRS（法国国家科学研究中心）；I3S Laboratory（I3S实验室）
本文分析了在DNA存储系统中使用MDS码编码数据成功检索的概率，探讨了读取数量、分布、编码速率及错误概率对可靠性的影響，并提供了优化DNA存储系统的方法。
2026-05-06 cs.ET cs.IT math.IT
Linear Symmetric Private Information Retrieval for MDS Coded Distributed Storage with Colluding Servers
研究了从分布存储于多个合谋服务器的编码数据库中进行对称私有信息检索的问题。具体地，数据库包括$K$文件，其使用$(N,M)$ -MDS存储代码存储在$N$服务器中。用户希望通过与$N$服务器通信从数据库中检索一个文件，而不向任何服务器透露所需文件的身份。此外，用户不应了解数据库中的其他$K-1$文件。在$T$串通SPIR问题（因此称为TSPIR）中，$N$服务器中的任何$T$都可能串通，也就是说，它们可能与用户进行交互，以猜测所请求文件的身份。我们表明，对于线性计划，MDS-TSPIR问题的信息理论容量，定义为所需的文件检索每个下载位的信息位的最大数量，等于$1-\frac{M+T-1}{N}$，如果服务器共享共同的随机性（在用户不可用）与金额至少$\frac{M+T-1}{N-M-T+1}$倍的文件大小。否则，容量等于零。我们猜想，我们的能力也持有一般MDS-TSPIR计划。
2017-08-17 cs.IT math.IT
$X$-secure $T$-private Information Retrieval from MDS Coded Storage with Byzantine and Unresponsive Servers
本文研究了$X$ -安全的$T$ -从MDS编码存储中的私有信息检索问题，其中用户希望从分布在$N$服务器上的独立于$K$的消息中私有地检索一个消息，这些消息根据MDS编码.保证任何多达$X$的合谋服务器组都不了解消息，并且任何多达$T$的合谋服务器组都不了解所需消息的身份。提出了一种基于\emph{cross-subspace alignment}和干扰消除策略的连续解码的新方案，证明了可达速率的下界。对于大量的消息$(K\rightarrow\infty)$的实现率，我们推测是最佳的，提高了最好的已知的速率之前在文献中报告的Raviv和Karpuk，并推广了MDS-TPIR之前发现的Freij-Hollanti等人的可实现的速率。然后扩展该设置以允许无响应和拜占庭服务器。最后，该计划被应用到找到一个新的下凸包（下载，上传）对安全和私人的分布式矩阵乘法，推广，并在一定的渐近设置严格提高了最知名的先前结果。
2019-08-28 cs.IT math.IT
Capacity-Achieving Private Information Retrieval Codes from MDS-Coded Databases with Minimum Message Size
我们考虑构建容量实现的线性代码与最小的消息大小的私人信息检索（PIR）从$N$非串通数据库，其中每个消息是使用最大距离可分离（MDS）代码编码，使它可以恢复访问任何$T$数据库的内容。它示出的最小消息大小（有时也被称为子分组因子）是显着的，事实上是指数，低于以前认为的。更准确地说，当$K>T/\textbf{gcd}(N,T)$，其中$K$是系统中的消息的总数和$\textbf{gcd}(\cdot,\cdot)$意味着最大公约数，我们建立，通过提供新的代码结构和匹配的逆，最小的消息大小为$\textbf{lcm}(N-T,T)$，其中$\textbf{lcm}(\cdot,\cdot)$意味着最小公倍数。另一方面，当$K$是小的，我们表明，它实际上是可能的设计代码的消息大小甚至小于$\textbf{lcm}(N-T,T)$。
2020-01-22 cs.IT math.IT
Private Information Retrieval from MDS Coded Databases with Colluding Servers under Several Variant Models
私有信息检索（PIR）由于其信息论的重新表述及其在分布式存储系统（DSS）中的应用而重新受到人们的关注。一般PIR模型考虑包含存储$M$文件的$N$服务器的编码数据库。每个文件通过相同的任意$(N,K)$ -MDS代码独立存储。用户希望通过任意一组$T$串通服务器私下从数据库中检索特定文件。一个关键的问题是分析PIR容量，定义为每一个下载位的最大数量的位私人检索。通过引入各种附加约束，出现了一般模型的几个扩展。在本文中，我们提出了一个通用的PIR计划的几种不同的PIR模型，包括：PIR与鲁棒服务器，PIR与拜占庭服务器，多文件PIR模型和PIR与任意共谋模式。
2017-10-11 cs.IT math.IT
Timely Distributed Computation with Stragglers
我们考虑一个状态更新系统，其中更新数据包需要被处理，以提取嵌入的有用信息。源节点将获取的信息发送给计算单元（CU），计算单元由主节点和$n$工作节点组成。主节点将接收到的计算任务分发给工作节点。在计算时，主节点聚集结果并将它们发送回源节点以保持其\emph{updated}。本文研究了在i.i.d.~指数传输延迟和I.I.D~移位指数计算时间。我们证明了渐进MM-MDS编码方案优于其他方案。此外，我们的最佳代码的特点，使平均年龄最小化。
2019-10-08 cs.IT cs.NI eess.SP
On the Capacity of Quantum Private Information Retrieval from MDS-Coded and Colluding Servers
在量子私有信息检索（QPIR）中，用户通过下载量子系统从多个服务器检索经典文件，而不泄露文件的身份。QPIR容量是检索到的文件大小与总下载大小的最大可实现比率。本文首次研究了MDS编码和合谋服务器的QPIR容量。定义了两类QPIR，称为稳定QPIR和量纲平方QPIR，它们是由经典强线性PIR导出的，并导出了相关的QPIR容量。对于非共谋的情况，当文件的数量达到无穷大时，导出一般QPIR容量。一个一般性的声明与编码和串通服务器的QPIR的逆界推导出的能力稳定QPIR和维数平方QPIR诱导从任何类的PIR是上界的两倍经典容量的相应的PIR类。所提出的容量实现方案结合了Freij-Hollanti等人的星积方案和Song等人的稳定器QPIR方案，采用（弱）自对偶Reed-Solomon码。
2021-11-08 cs.IR cs.IT math.IT
MDS Variable Generation and Secure Summation with User Selection
如果$K$变量中的任何$n$是独立的并且确定所有剩余的变量，则$K$随机变量的集合被称为$(K,n)$ -MDS。在MDS变量生成问题中，$K$用户希望使用每个用户所拥有的随机变量来生成$(K,n)$ -MDS的变量。我们表明，要为每个$n \in \{1,2,\cdots, K\}$生成$(K,n)$ -MDS变量的$1$位，每个用户的随机变量的最小大小是$1 + 1/2 + \cdots + 1/K$位。一个密切相关的问题是用户选择的安全求和，其中服务器可以选择$K$用户的任意子集，并安全地计算所选用户的输入之和。我们表明，计算$1$位的任意选择的总和安全，由每个用户持有的密钥的最小大小是$1 + 1/2 + \cdots + 1/(K-1)$位，其可扩展性使用的生成的$(K,n)$ -MDS变量的$n \in \{1,2,\cdots,K-1\}$。
2022-11-02 cs.IT math.IT
Private and Secure Distributed Matrix Multiplication Schemes for Replicated or MDS-Coded Servers
在本文中，我们研究的问题\emph{private and secure distributed matrix multiplication (PSDMM)}，其中一个用户有一个私人矩阵$A$和$N$非串通服务器共享一个图书馆的$L$（$L>1$）矩阵$B^{(0)}, B^{(1)},\ldots,B^{(L-1)}$，用户希望计算$AB^{(θ)}$的一些$θ\in [0, L)$不透露任何信息的矩阵$A$的服务器，并保持索引$θ$私有的服务器。以前的工作是有限的情况下，共享库（\textit{i.e.,}矩阵$B^{(0)}, B^{(1)},\ldots,B^{(L-1)}$）存储在服务器上的复制形式和计划是非常罕见的文献中，仍然有很大的改进空间。在本文中，我们提出了两个PSDMM计划，其中一个是有限的情况下，共享库存储在服务器上的复制形式，但具有更好的性能比国家的最先进的计划，它可以实现更小的恢复阈值和下载成本。另一个关注的是共享库以MDS编码的形式跨服务器存储的情况，这需要在服务器中较少的存储空间。第二个PSDMM码不取代第一个，即使底层MDS码被降级为重复码，因为它们是完全两个不同的方案。
2022-01-30 cs.IT math.IT
Quantum $X$-Secure $T$-Private Information Retrieval From MDS Coded Storage With Unresponsive and Byzantine Servers
本文提出一种基于MCSA码与CSS码融合的量子私有信息检索协议，在MDS编码存储下实现X-安全与T-私有，可容忍E个无响应和B个拜占庭服务器，并获得超密编码增益。
2025-09-25 cs.IT math.IT
Private Information Retrieval from MDS Coded Data in Distributed Storage Systems
在私有信息检索（PIR）的意义上，从分布式存储系统（DSS）的数据请求的用户提供隐私的问题被认为是。DSS由$(n,k,d)$最大距离可分离（MDS）码编码，以将数据可靠地存储在不可靠的存储节点上。这些节点中的一些可以是间谍，其向第三方（例如压迫政权）报告用户正在请求哪些数据。一个信息理论的PIR计划，确保用户可以满足其请求，同时透露，间谍节点，没有信息的数据正在被请求。用户可以通过下载DSS中的所有数据来轻松实现PIR。然而，由于其高通信成本，这不是可行的解决方案。我们构造了具有低下载通信代价的PIR方案。当DSS中存在$b=1$间谍节点时，我们构造了单位请求数据的下载代价为$\frac{1}{1-R}$（$R=k/n$为码率）的PIR方案，达到了线性方案的信息论极限.所提出的方案是通用的，因为它们依赖于码率，但不依赖于代码的生成矩阵。当$b\leq n-δk$时，对于某些$δ\in \mathbb{N^+}$，我们用$cPoP = \frac{b+δk}δ$构造了线性PIR格式.
2018-03-15 cs.IT math.IT
Information-Theoretically Private Matrix Multiplication From MDS-Coded Storage
我们研究了两个问题的私人矩阵乘法，在一个分布式计算系统组成的主节点，和多个服务器，集体存储一个家庭的公共矩阵使用最大距离可分离（MDS）码。在第一个问题中，主节点需要计算其机密矩阵$\mathbf{A}$与存储在服务器上的目标矩阵的乘积，而不需要向某些合谋服务器透露任何关于$\mathbf{A}$的信息和目标矩阵的索引。在来自共谋服务器的完全私有矩阵乘法（FPMM）的第二个问题中，矩阵$\mathbf{A}$也是从以MDS形式存储在服务器处的另一族公共矩阵中选择的。在这种情况下，两个目标矩阵的索引都应该对合谋服务器保持私有。我们开发了新的策略，这两个PSMM和FPMM问题，同时保证信息理论的数据/索引的隐私和计算的正确性。我们比较建议的PSMM策略与以前的PSMM策略具有较弱的隐私保证（非串通服务器），并证明了在通信和计算开销方面比以前的策略有很大的改进。此外，与使用私有信息检索（PIR）的思想直接检索所需矩阵乘法的基线FPMM策略相比，所提出的FPMM策略显著降低了存储开销，但稍微招致较大的通信和计算开销。
2023-02-16 cs.IT math.IT
Hierarchical Coded Gradient Aggregation Based on Layered MDS Codes
本文针对联邦学习中边缘节点通信不可靠的问题，提出使用由变量$ν$参数化的分层MDS码族及相应的辅助节点聚合策略，在极值处实现对齐重复编码和对齐MDS编码方案的平滑过渡。
2023-11-23 cs.IT math.IT
Breaking the MDS-PIR Capacity Barrier via Joint Storage Coding
从使用最大距离可分离（MDS）码编码的数据库中进行私有信息检索（PIR）的能力先前已由Banawan和Ulukus表征，其中假定消息被编码并可分离地存储到数据库中。在文献中的其他相关工作中也通常采用这种假设，并且这种容量通常被通俗地称为MDS-PIR容量。在这项工作中，我们考虑的问题，如果以及何时可以通过联合编码和存储的消息，打破这一能力障碍。我们的主要结果是两类新的代码结构，允许联合编码以及相应的PIR协议，这确实优于单独的MDS编码系统。此外，我们表明，一个简单但新颖的扩展技术，使我们能够推广这两类代码，从而在更广泛的情况下，这种能力的障碍可以被打破。
2019-08-19 cs.IT math.IT
Coded FFT and Its Communication Overhead
我们提出了一种编码计算策略，并检查编码计算算法的通信成本，使分布式快速傅立叶变换（FFT）在计算过程中的错误有弹性。本文将最大距离可分码（MDS）应用于一种广泛使用的并行FFT转置算法。在未编码的分布式FFT算法中，最昂贵的步骤是单个“全对全”通信。我们比较这与通信开销的编码在我们的编码FFT算法。我们表明，通过使用一个系统的MDS码，编码的通信开销是可以忽略不计的通信成本相比，在一个未编码的FFT实现，如果奇偶校验节点的数量是最多$o(\log K)$，其中$K$是系统节点的数量。
2018-05-24 cs.DC cs.IT math.IT
Quantum Private Information Retrieval from Coded and Colluding Servers
在经典的私有信息检索（PIR）设置中，用户想要从数据库或分布式存储系统（DSS）中检索文件，而不向保存数据的服务器泄露文件身份。在量子PIR（QPIR）设置中，用户通过从服务器接收量子信息来私下检索经典文件。Song \emph{et al.}已经在复制服务器的情况下处理了QPIR问题，无论是没有共谋还是除了一个服务器之外的所有服务器都共谋。在本文中，QPIR设置扩展到占最大距离可分离（MDS）编码服务器。所提出的协议适用于任何$[n,k]$ -MDS码和$t$ -勾结与$t=n-k$。类似于前面的情况下，所实现的速率优于那些已知的或在经典的同行中所描述的。此外，它演示了如何适应协议可以实现显着更高的检索率从DSS编码的本地可修复代码（LRC）与不相交的修复组，其中每个是一个MDS代码。
2020-08-07 cs.CR cs.IR cs.IT
The Entropy Characterization of Quantum MDS Codes
本文利用联合量子态及其子系统的纯态、最大混合态与熵条件，给出了 $[[n,k,d]]$ 量子MDS码的完整熵刻画。
2025-06-11 cs.IT math.IT quant-ph
Securely Aggregated Coded Matrix Inversion
本文提出一种基于梯度编码的编码计算方法，在类似联邦学习的分布式环境中安全地近似求逆聚合数据矩阵，同时抵御掉队节点，并确保通信对窃听者安全。
2023-09-05 cs.CR cs.IT cs.NA
Weakly Secure MDS Codes for Simple Multiple Access Networks
我们考虑一个简单的多址接入网络（SMAN），其中单位速率的$k$源通过$n$中继将其数据发送到一个共同的信宿。每个继电器连接到接收器和某些源。如果窃听少于$k$中继-宿链路的被动攻击者不能重建来自每个源的数据，则编码方案（用于中继）是弱安全的。我们证明了存在一个弱安全的最大距离可分（MDS）编码方案的继电器当且仅当每个子集的$\ell$继电器必须集体连接到至少$\ell+1$源，所有$0 < \ell < k$。此外，我们证明了这个条件可以在$n$和$k$中在多项式时间内得到验证。最后，给定一个SMAN满足上述条件，我们提供了另一个多项式时间算法修剪网络，直到它有一个稀疏的源中继链路，仍然支持弱安全MDS编码方案。
2015-04-22 cs.IT math.CO math.IT
Coded sparse matrix computation schemes that leverage partial stragglers
大型集群上的分布式矩阵计算可能会遇到缓慢或失败的工作节点（称为掉队者）的问题，这可能会支配整个作业执行时间。编码计算利用擦除编码的概念，通过运行包含作业的任务的“编码”副本来减轻掉队者的影响;掉队者通常被视为擦除。虽然这是有用的，但应用存在问题，例如，MDS代码以简单的方式。几个实际的矩阵计算场景涉及稀疏矩阵。MDS码通常需要原始矩阵的子矩阵的密集线性组合，这破坏了它们固有的稀疏性。这是有问题的，因为它导致显著更高的工作者计算时间。此外，将慢节点视为擦除忽略了它们执行的潜在有用的部分计算。此外，一些MDS技术还遭受显著的数值稳定性问题。在这项工作中，我们提出的计划，使我们能够利用部分计算的掉队者，同时施加限制的水平上的编码，需要在生成的编码子矩阵。与先前的方法相比，这显著地减少了工作者计算时间，并且导致解码过程中改进的数值稳定性。亚马逊网络服务（AWS）集群详尽的数值实验支持我们的研究结果。
2021-09-24 cs.DC cs.IT math.IT
Orthonormal Sketches for Secure Coded Regression
在这项工作中，我们提出了一种方法来加速线性回归分布，同时确保安全性。我们利用随机素描技术，并提高异步系统中的掉队者的弹性。具体来说，我们应用一个随机正交矩阵，然后在\textit{blocks}子样本，同时保护信息和减少回归问题的维数。在我们的设置中，变换对应于\textit{approximate}梯度编码方案中的编码加密，并且子采样对应于集中式编码计算网络中的非离散工人的响应。我们专注于特殊情况下的\textit{Subsampled Randomized Hadamard Transform}，我们推广到块采样，并讨论它如何可以用来保护数据。我们通过数值实验说明了性能。
2022-02-22 cs.CR cs.IT cs.NA
Private Secure Coded Computation
我们介绍了一种变体的编码计算，确保数据的安全性和主人的隐私对工人，这被称为私人安全编码计算。在私有安全编码计算中，主节点需要计算其自己的数据集和外部工作节点独占共享的库中的一个数据集的函数。在恢复所需的函数后，工作者必须无法知道主程序需要库中的哪个数据集，也无法获得有关主程序自己数据的任何信息。在私有多项式码的基础上，提出了一种私有安全的矩阵乘法编码计算方案，即私有安全多项式码。在模拟中，我们表明，私人安全多项式码实现更好的计算时间比私人安全编码计算修改的私人多项式码。
2019-02-01 cs.IT math.IT
Coded Information Retrieval for Block-Structured DNA-Based Data Storage
Universität Zürich（苏黎世大学）
本文研究了块结构数据的编码信息检索问题，针对DNA存储系统中数据库分块需单独恢复的情况，提出了块结构检索问题，推导了线性下界和非线性几何界，并分析了不同编码方案的检索时间。
2026-07-21 cs.IT math.CO math.IT
A Disguise-and-Squeeze PIR Scheme for the MDS-TPIR Setting and Beyond
State Key Laboratory of Cryptography and Digital Economy Security, Key Laboratory of Cryptologic Technology and Information Security of Ministry of Education, School of Cyber Science and Technology, Shandong University（山东大学网络空间科学学院，密码与数字经济安全全国重点实验室，教育部密码技术信息安全重点实验室）；School of Information Science and Engineering, Shandong Agricultural University（山东农业大学信息科学与工程学院）
本文提出了一种基于伪装与压缩的MDS-TPIR方案，提高了PIR速率并扩展了应用范围。
2026-03-11 cs.IT math.IT
Multi-User Blind Symmetric Private Information Retrieval from Coded Servers
研究了多用户盲$X$ --安全$T$--与$B$ Byzantine和$U$无响应服务器（U-B-MDS-MB-XTSPIR）合谋从最大距离可分离（MDS）编码存储系统中进行对称私有信息检索的问题。具体地，由多个文件组成的数据库（每个文件由$M$索引标记）根据$\mathbb{F}_q$上的$(N,K+X)$ MDS代码存储在具有$N$服务器的分布式系统处，使得任何多达$X$的串通服务器组不了解数据文件。存在$M$用户，其中每个用户$m,m=1,\ldots,M$私人地选择索引$θ_m$，并且希望从存储系统联合地检索由$M$用户的索引$(θ_1,\ldots,θ_M)$指定的文件，同时保持其索引$θ_m$对任何$T_m$串通服务器是私人的，存在$B$ Byzantine服务器，这些服务器可以恶意发送任意响应，以混淆检索所需文件的用户，而$U$没有响应服务器根本不会响应任何消息。此外，每个用户不得学习关于其他用户的索引和数据库的信息超过所需的文件。基于Lagrange编码构造了U-B-MDS-MB-XTSPIR方案。该方案实现了一个$1-\frac{K+X+T_1+\ldots+T_M+2B-1}{N-U}$的检索率与保密率$\frac{K+X+T_1+\ldots+T_M-1}{ N-(K+X+T_1+\ldots+T_M+2B+U-1)}$上的大小为$q\geq N+\max\{…
2021-10-31 cs.IT math.IT
Multi-Access Coded Caching with Secure Delivery
多访问变量的编码缓存问题中存在的外部窃听器进行了研究。提出了一种由$K$用户、$K$缓存和$N$文件组成的多路访问编码缓存方案，其中每个用户以循环环绕的方式访问$L$相邻的缓存，该方案对窃听器是安全的.传统的不安全方案中的每个传输现在将由随机密钥加密。该方案使用了一种新的技术，在高速缓存中的关键位置。它还表明，所提出的安全多路访问编码缓存方案是一个恒定的乘法因子从信息理论的最优速率为$L\geq \frac{K}{2}$和$N\geq 2K$。
2021-05-12 cs.IT math.IT
$C^{3}LES$: Codes for Coded Computation that Leverage Stragglers
在分布式计算系统中，众所周知，速度慢的工作节点（称为掉队者）往往主导整个作业执行时间。编码计算利用擦除编码的概念，通过运行构成作业的任务的“编码”副本来减轻掉队者的影响。在此过程中，掉队者通常被视为擦除。虽然这是有用的，但应用存在问题，例如，MDS代码以简单的方式。具体来说，一些应用程序，如矩阵向量积处理稀疏矩阵。MDS码通常需要原始矩阵的子矩阵的密集线性组合，这破坏了它们固有的稀疏性。这是有问题的，因为它导致用于在编码计算中计算子矩阵-向量乘积的显著更高的处理时间。此外，它也忽略了部分计算在落伍者。在这项工作中，我们提出了一个细粒度的模型，量化的非平凡的编码水平需要获得编码矩阵向量计算的好处。同时，它允许我们利用离散节点执行的部分计算。对于这个模型，我们提出并评估了几个代码设计，并讨论了它们的属性。
2018-09-17 cs.IT math.IT
A systematic review of secure coded caching
Royal Holloway, University of London（伦敦大学皇家霍洛威学院）；Birkbeck, University of London（伦敦大学伯贝克学院）
本文系统综述了安全编码缓存的研究，分析了其安全性和隐私要求，评估了现有方案的安全性和成本，并指出了未来需要解决的挑战。
2026-03-11 cs.CR cs.IT math.IT
Secure Coded Caching with Colluding Users
在一个安全的编码缓存系统中，一个中央服务器通过提前将一些公共数据分配到用户的缓存中来平衡高峰和非高峰时段之间的流量。同时，这些数据受到安全保护，防止可能的串通用户共享其缓存。我们将系统建模为流网络，并通过网络信息论方法研究其容量区域。由于容量域难以直接刻画，本文从网络信息论的角度对容量域进行了研究。一方面，我们提出了一种编码缓存方案，以实现低负载的安全数据传输的能力区域的内部边界确定。另一方面，我们还建立了容量域的外界，这表明我们提出的方案在特定情况下是阶最优的。
2019-10-18 cs.IT math.IT
Multi-Transmitter Coded Caching with Secure Delivery over Linear Networks -- Extended Version
在本文中，我们考虑多个缓存启用的最终用户连接到多个发射机通过线性网络。我们还防止了一个完全被动的窃听者，谁嗅探的数据包在交付阶段，从获得任何信息的原始文件在缓存辅助网络。三种不同的安全集中式多发射机编码缓存的情况下，即，安全的多发射机编码缓存，安全的多发射机编码缓存与减少子分组化，和安全的多发射机编码缓存与减少反馈，被认为是封闭形式的编码延迟和秘密共享密钥存储表达式。作为我们的安全保证，我们表明，交付阶段不透露任何信息的窃听使用的互信息度量。此外，我们调查的安全分散的多发射机编码缓存的情况下，在缓存内容放置阶段的客户端和发射机之间没有合作，并研究其性能相比，集中式方案。我们分析了系统的性能的编码延迟和保证我们提出的方案的安全性，使用互信息度量。数值评估证实，在集中式和分散式场景中，当文件和用户数量增加时，安全性在内存使用方面的成本可以忽略不计。数值结果表明，随着文件数和用户数的增加，集中式和分散式方案的安全编码延迟变得渐近相等。
2022-11-26 cs.IT math.IT
Capacity of Private Linear Computation for Coded Databases
研究了分布式存储系统中的私有线性计算问题。在PLC中，用户希望计算存储在非合谋数据库中的$f$消息的线性组合，同时不向数据库透露关于所需线性组合的系数的信息。在我们以前的工作的扩展，我们采用线性码编码的数据库上的信息。我们表明，PLC的容量，这是所需的线性函数的大小和下载的信息的总量的比率，匹配的最大距离可分离（MDS）编码的私人信息检索的容量为一大类的线性码，包括MDS码。特别是，所提出的逆是有效的任何数量的消息和线性组合，和容量表达式取决于从所有线性组合获得的系数矩阵的秩。
2018-10-09 cs.IT math.IT
Iterative Sketching for Secure Coded Regression
University of Michigan（密歇根大学）；Northeastern University（东北大学）；Stanford University（斯坦福大学）
本文提出一种分布式迭代随机方法，通过随机旋转基和块子采样同时实现信息安全与降维，从而加速异步系统中的分布式线性回归。
2024-03-31 cs.CR cs.DC cs.IT
Reinforcement Learning Based Cooperative Coded Caching under Dynamic Popularities in Ultra-Dense Networks
Southeast University（东南大学）；Purple Mountain Laboratories（紫金山实验室）；Georgia Institute of Technology（佐治亚理工学院）
对于具有无线回程的超密集网络，通常具有有限存储的小型基站（SBS）处的缓存策略对于满足大规模高数据率请求至关重要。由于内容的流行度随着时间的变化在一个未知的方式，我们利用强化学习（RL）设计一个合作的缓存策略与最大距离可分离（MDS）编码。我们将基于MDS编码的协作缓存建模为马尔可夫决策过程，以捕获流行动态并最大化由SBS直接服务的长期预期累积流量负载，而无需访问宏基站。对于公式化的问题，我们首先通过将协作MDS编码嵌入到Q学习中来找到小规模系统的最优解。为了处理大规模的情况下，我们近似的状态-行动价值函数抽象。近似函数只包括少量的可学习参数，使我们能够提出一种快速有效的动作选择方法，大大降低了复杂性。数值结果验证了所提出的基于RL的算法的最优性/近最优性，并显示了与基线计划相比的优越性。它们对不同的环境也表现出良好的鲁棒性。
2020-03-08 cs.IT cs.LG math.IT
Secure Coded Distributed Computing
本文研究分布式计算模型的安全数据混洗与安全编码计算问题，设计了确保中间值机密性的方法，并建立了通信与计算负载权衡的可达极限。
2024-04-26 cs.IT math.IT
Achieving Spatial Scalability for Coded Caching over Wireless Networks
由Maddah-Ali和Niesen提出的编码缓存方案考虑了通过确定性无差错网络将给定内容库中的文件传递给用户，其中公共多播消息以固定速率发送给所有用户，与用户数量无关。为了将这种范例应用于无线网络，重要的是要确保公共多播速率不会随着用户数量的增加而消失。本文集中于针对所谓的组合网络连续提出的编码缓存的变体，其中多播消息进一步由最大距离可分离（MDS）码编码，并且MDS编码的块同时从不同的边缘节点（EN）（例如，基站或接入点）。每个用户配备有多个天线，并且可以选择解码所需数量的EN传输，同时根据其强度将其他用户归零或视为噪声。该系统让人想起所谓的演进型多媒体广播多播服务（eMBMS），在这个意义上，基本的底层传输机制是多点多播，其中每个用户可以独立地和单独地（以用户为中心的方式）决定解码哪个EN，我们研究了当用户和EN根据以下分布时，所提出的系统的性能：在平面上的齐次泊松点过程和传播的瑞利衰落和距离相关的路径损耗的影响。我们的分析允许相对于MDS编码速率的系统优化。此外，我们表明，所提出的系统是完全可扩展的，在这个意义上说，它可以支持任意数量的用户，同时保持非零的每用户交付率。
2018-03-15 cs.IT cs.SY eess.SY
On Secure Coded Caching via Combinatorial Method
编码缓存是一种有效的方法，通过在用户的本地缓存存储一些内容，而不知道以后的需求，来减少高峰时段的网络流量拥塞。编码缓存设计的目标是最小化传输速率和子分组化。在实践中，每个用户的需求是敏感的，因为当一个用户获得其他用户的需求时，它可以获得其他用户的偏好。Wan等人提出了第一个具有私有需求的编码缓存方案，但其传输速率和子包化程度随着存储在库中的文件数量的增加而增加。在本文中，我们考虑以下安全的编码缓存：防止窃听器从获取任何信息的文件在服务器上，并保护所有用户的需求在交付阶段。我们首先介绍了一个组合结构称为安全放置交付阵列（SPDA在短期内）实现编码缓存方案，我们的安全设置。然后通过构造SPDA得到三类安全方案，其中一类方案是最优的。值得注意的是，我们的方案的传输速率和子分组是独立的文件号。此外，与以前已知的方案具有相同的安全设置相比，我们的计划有显着的优势，在子分组和某些参数的传输速率上的优势。
2020-05-03 cs.IT math.IT
A Secure Approach for Caching Contents in Wireless Ad Hoc Networks
缓存的目的是将数据本地存储在网络中的某些节点上，以便能够在较短的时间内检索内容。然而，网络中的缓存并不总是考虑安全存储（由于时间性能和安全性之间的折衷）。本文提出了一种新的分散式安全编码缓存方法。在该方案中，节点只传输编码文件，以避免窃听者窃听和保护用户的内容。在该技术中，随机向量用于使用XOR操作来组合内容。我们模拟建议的编码缓存方案的香农密码系统，以表明编码缓存实现渐近完美保密。建议的编码缓存方案显着简化了缓存网络中的路由协议，同时它减少了过度缓存，并实现了更高的吞吐量相比，未编码的缓存反应式路由。结果表明，与建议的编码缓存方案，任何内容都可以通过选择一个随机的路径，同时实现渐近最优解检索。我们还研究了缓存命中概率，并表明编码缓存命中概率显着高于未编码缓存。提出了一种安全的缓存更新算法。
2017-09-01 cs.IT math.IT
Convertible Codes: Efficient Conversion of Coded Data in Distributed Storage
大规模分布式存储系统通常使用擦除码来提供数据在面对故障时的耐久性。使用$[n, k]$代码对要存储的一组$k$块进行编码，以生成随后存储在不同存储节点上的$n$块。冗余配置是基于存储设备的故障率来选择的，并且通常保持恒定。然而，Kadekodi等人最近的工作表明，存储设备的故障率随时间显著变化，并且响应于这种变化而调整冗余配置提供了显著的益处。通过重新编码来转换已编码数据的冗余配置需要在资源上产生大量开销，例如访问、设备IO、网络带宽和计算周期。在这项工作中，我们首先提出了一个框架，以正式的概念代码转换：转换数据编码的过程中与$[n^I, k^I]$代码编码成数据与$[n^F, k^F]$代码，同时保持所需的可解码性属性，如最大距离可分离（MDS）的属性。然后，我们介绍可转换代码，一类新的代码，允许代码转换的资源效率的方式。对于一个重要的参数制度（我们称之为合并制度），随着线性和MDS可解码性约束，我们证明紧边界代码转换过程中访问的节点数。特别是，我们的可转换性的结果是一个明确的建设MDS可转换代码，是最佳的所有参数值的合并制度，虽然具有高字段大小。然后，我们提出了明确的低字段大小的最佳MDS可转换代码的结构，在合并制度的参数范围很广。因此，我们的研究结果表明，与重新编码相比，确实可以用更少的资源实现代码转换。
2019-07-30 cs.DC cs.IT cs.NI
Proactive Coded Caching Scheme for D2D Networks
Fujian Normal University（福建师范大学）；Guangxi Normal University（广西师范大学）
本文提出一种安全编码缓存方案，用于D2D网络，以保障文件隐私和安全交付，且在文件较大和缓存充足时实现最优性能。
2026-01-20 cs.IT math.IT
Characterizing the Optimal Memory-Rate Tradeoff in Secure Coded Caching for Small Buffer or Small Rate
针对Ravindrakumar等人提出的安全编码缓存问题，本文提出了三种新方案并推导了逆结果，刻画了任意用户数和文件数下最优记忆-速率折中曲线的两个端点，以及$N=2$文件时缓存较小时的一段曲线。
2025-04-28 cs.IT math.IT
Capacity of Hierarchical Secure Coded Gradient Aggregation with Straggling Communication Links
针对分层网络中的安全梯度聚合问题，提出基于范德蒙德矩阵的编码方案并推导匹配逆界，实现最优容量。
2025-04-24 cs.IT math.IT
t-Private Information Retrieval Schemes Using Transitive Codes
本文提出了一种不限于最大距离可分码（MDS）的、具有共谋服务器的编码存储专用信息检索（PIR）方案。构造了一般线性码的PIR格式，并计算了相应的PIR速率。结果表明，代码与传递自同构群产生的最高可能的速率与建议的计划。这个速率与已知的渐近PIR容量MDS编码的存储系统没有勾结。虽然许多PIR计划在文献中需要的字段大小的增长与系统中的服务器和文件的数量，我们特别关注的情况下，一个二进制的基本字段，里德-穆勒代码作为一个重要的和明确的类的例子。
2017-12-07 cs.IT math.IT
Device-to-Device Secure Coded Caching
本文研究了具有信息论安全保证的设备到设备（D2D）编码缓存。被认为是一个广播网络组成的服务器，它有一个图书馆的文件，并配备了高速缓存存储器的终端用户。信息理论的保密性安全保证强加在文件上。服务器填充终端用户高速缓存，之后D2D通信使得能够递送所请求的文件。因此，我们要求用户不得访问其未请求的文件，即，安全缓存。首先，通过联合优化缓存放置和交付策略，提供了一个集中式编码缓存方案。接下来，一个分散的编码缓存方案的开发，不需要在缓存阶段的活跃用户的数量的知识。这两种方案都利用非完美秘密共享和一次性密钥，以保证安全的缓存。此外，所提出的方案提供安全递送作为附带益处，即，在传递阶段期间偷听到所发送的信号的任何外部实体不能获得关于数据库文件的任何信息。所提出的方案提供了可实现的最小交付和速率的上限。所需的传输和速率的下限也来自使用割集参数指示的下限和上限之间的乘法间隙。数值结果表明，随着存储器大小的增加，间隙消失。总的来说，这项工作证明了D2D通信在高速缓存辅助系统中的有效性，即使在参与节点和外部窃听者处施加机密性约束。
2019-05-02 cs.IT math.IT
Throughput Bound of XOR Coded Wireless Multicasting to Three Clients
众所周知，在$GF(2)$上构造码字以最小化单跳无线多播的传输次数是NP完全问题。当有限字段大小$q$大于或等于客户端数量$q\geq n$时，可以在多项式时间内为所有$n$客户端构造线性独立码字，称为最大距离可分离（MDS）码。在本文中，我们量化的确切的最小传输次数为多播网络使用纠删码时，$q=2$和$n=3$，使$q<n$。我们首先表明，使用马尔可夫链模型来获得这样的网络的传输的最小数量是有限的输入数据包的数量非常少。然后，我们使用组合的方法来推导出一个上界的确切的最小传输次数。我们的研究结果表明，使用XOR编码和MDS编码的预期传输次数之间的差异是可以忽略不计的$n=3$。
2015-12-16 cs.IT cs.NI math.IT
GCSA Codes with Noise Alignment for Secure Coded Multi-Party Batch Matrix Multiplication
考虑了一个安全的多方批量矩阵乘法问题（SMBMM），其目标是通过将计算分布在S个服务器上，使Master能够高效地计算两批大规模矩阵的两两乘积.任何X共谋服务器都不会获得关于输入的任何信息，主服务器也不会获得关于产品之外的输入的任何额外信息。基于交叉子空间对齐码，提出了一种带噪声对齐的广义交叉子空间对齐码（GCSA-NA）。SMBMM的现有技术解决方案是由Nodehi和Maddah-Ali提出的称为多项式共享（PS）的编码方案。GCSA-NA在几个关键方面优于PS代码-更高效和安全的服务器间通信，更低的延迟，灵活的服务器间网络拓扑，高效的批处理，以及对落伍者的容忍度。噪声对齐的思想也可以与N源交叉子空间对齐（N-CSA）码和快速矩阵乘法算法（如Strassen构造）相结合。此外，噪声对齐可以应用于对称安全私有信息检索，以实现渐近容量。
2020-09-06 cs.CR cs.DC cs.IT
Coded Computing for Secure Boolean Computations
现代数据集的规模不断增长，需要将大规模计算拆分为较小的计算，并以分布式方式进行操作。分布式系统中的攻击者故意发送错误数据，以影响计算。布尔函数是许多应用的关键组件，例如，区块链系统中的验证功能和加密算法的设计。我们考虑在分布式计算系统中计算布尔函数的问题，特别关注\emph{security against Byzantine workers}。任何布尔函数一般都可以建模为一个高次的多元多项式。然而，安全阈值（即，可以容忍最大数量的对抗工作者，使得可以获得正确的结果），如果多项式的次数高，则由最近提出的拉格朗日编码计算（LCC）提供的计算可能非常低。我们提出了三种不同的方案，称为\emph{coded Algebraic normal form (ANF)}，\emph{coded Disjunctive normal form (DNF)}和\emph{coded polynomial threshold function (PTF)}。所提出的方案的核心思想是将其建模为一些低次多项式和阈值函数的级联。在安全阈值方面，我们表明，建议的编码ANF和编码DNF是最佳的，通过提供一个匹配的外边界。
2021-03-04 cs.DC cs.IT math.IT
