Fidelius示例教程

您可以通过本页面了解如何在 Fidelius 中运行一个示例程序。

基于 Iris 数据集的 K-Means 聚类算法

基于 Iris 数据集的 K-Means 聚类是机器学习中一个非常经典的学习示例，这里我们介绍一下如何在 Fidelius 中实现这个例子。

Iris 鸢尾花数据集

Iris 鸢尾花数据集内包含 3 类鸢尾花，分别为山鸢尾（Iris-setosa）、变色鸢尾（Iris-versicolor）和维吉尼亚鸢尾（Iris-virginica），共 150 条记录，每类各 50 个数据，每条记录都有 4 项特征：花萼长度、花萼宽度、花瓣长度、花瓣宽度。

• sepallength：萼片长度

• sepalwidth：萼片宽度

• petallength：花瓣长度

• petalwidth：花瓣宽度

以上四个特征的单位都是厘米（cm）

Iris数据集部分展示如下：

	sepal_length	sepal_width	petal_length	petal_width	species
0	5.1	3.5	1.4	0.2	Iris-setosa
1	4.9	3.0	1.4	0.2	Iris-setosa
2	4.7	3.2	1.3	0.2	Iris-setosa
3	4.6	3.1	1.5	0.2	Iris-setosa
4	5.0	3.6	1.4	0.2	Iris-setosa
5	5.4	3.9	1.7	0.4	Iris-setosa
6	4.6	3.4	1.4	0.3	Iris-setosa
7	5.0	3.4	1.5	0.2	Iris-setosa
8	4.4	2.9	1.4	0.2	Iris-setosa
9	4.9	3.1	1.5	0.1	Iris-setosa

K-Means 聚类算法

K 均值聚类(K-Means)是最著名的划分聚类算法，简洁和高效使得他成为所有聚类算法中最广泛使用的。其认为两个目标的距离越近，其相似度越大。

算法步骤：

1. 选择初始化的 k 个样本作为初始聚类中心 a = a₁, a₂, ... a_k;
2. 针对数据集中每个样本 x_i 计算它 k 个聚类中心的距离并将其分到距离最小的聚类中心所对应的类中；
3. 针对每个类别 a_j，重新计算它的聚类中心，即属于该类的所有样本的质心；
4. 重复上面 2 3 两步操作，直到达到某个中止条件（迭代次数、最小误差变化等）。

K-Means算法通常使⽤肘部法则来选择 K 值。肘部法则考察聚类后全体样本的误差平⽅和 SSE，将 SSE 随 K 值的变化由快速下降转变为缓慢变化的拐点处的 K 值，作为最佳聚类簇数。

肘部法则选择 K 值的依据：随着聚类数 K 的增⼤，样本划分会更加精细，每个簇的聚合程度会逐渐提⾼，那么误差平⽅和 SSE ⾃然会逐渐变⼩。且当 K ⼩于真实聚类数时，K 的增⼤会⼤幅增加每个簇的聚合程度，故 SSE 的下降幅度会很⼤；当 K 达到真实聚类数时，再增加 K 所得到的聚合程度，回报就会迅速变⼩，所以 SSE 的下降幅度会骤减，然后随着K值的继续增⼤⽽趋于平缓。也就是说 SSE 与 K 之间的关系就像⼿肘的形状，这个肘部对应的K值就是数据的真实聚类数。

使⽤K-Means对数据集iris进⾏聚类分析：加载iris数据集，按照4个特征，使⽤肘部法则确定最佳的K值，然后使⽤KMeans类进⾏聚类，最后可视化聚类结果。

在 Fidelius 中运行 K-Means

0. 确保Fidelius已经安装完成，可通过源码方式安装，或APT的方式安装，安装教程可参考安装Fidelius

1. 下载示例代码

 $ git clone https://github.com/YeeZTech/YPC-algo-example.git

2. 编译示例代码

 $ cd YPC-algo-example && mkdir -p build
 $ cmake -DCMAKE_PREFIX_PATH=$YPC_INSTALL_DIR/lib/cmake -DCMAKE_BUILD_TYPE=RelWithDebInfo ..

注意: $DATA_HASH 为

 $ keymgr_tool --create

3.数据提供方使用 Secp256k1 的私钥签名 iris 数据集的数据哈希

 $ keymgr_tool --sign $DATA_HASH --sign.hex --sign.private-key $SEALED_PRIVATE_KEY

注意: $DATA_HASH 为步骤1中输出文件（iris.sealed.output）中的 data_id 字段，$SEALED_PRIVATE_KEY 为步骤2中密钥对文件的 private_key 字段。

4.为数据使用方生成 Secp256k1 密钥对，数据使用方可以不依赖于 SGX 环境生成密钥对

 $ yterminus --gen-key  --no-password  --output iris.key.json

5.获取 K-Means 算法的算法哈希

 $ ydump --enclave /usr/local/lib/iris_parser.signed.so --output info.json

6.加密 K-Means 算法的输入参数

 $ yterminus --dhash $DATA_HASH --tee-pubkey $PROVIDER_PUBLIC_KEY --use-param 123 --param-format text --use-enclave-hash $ENCLAVE_HASH --output iris_param.json --use-privatekey-file iris.key.json

注意：$DATA_HASH 为步骤1中输出文件（iris.sealed.output）中的 data_id 字段， $PROVIDER_PUBLIC_KEY 为步骤2中密钥对文件的 public_key 字段，$ENCLAVE_HASH 为步骤5中输出文件 info.json 的 enclave-hash 字段。

7.在 iris 数据集上运行 K-Means 算法

 $ GLOG_logtostderr=1 fid_analyzer --sealed-data-url iris.sealed --sealer-path /usr/local/lib/edatahub.signed.so --parser-path /usr/local/lib/iris_parser.signed.so --keymgr /usr/local/lib/keymgr.signed.so --source-type json --param-path iris_param.json --result-path iris.result.encrypted --check-data-hash $DATA_HASH

注意：$DATA_HASH为步骤1中输出文件（iris.sealed.output）中的data_id字段。

8.解密分析结果

 $ yterminus --decrypt-hex $ENCRYPTED_RESULT --use-privatekey-file iris.key.json --output result.output

注意：$ENCRYPTED_RESULT为步骤7中输出文件 iris.result.encrypted 的 encrypted-result 字段。