Decentralized learning (DL) enables collaborative learning without a server and without training data leaving the users' devices. However, the models shared in DL can still be used to infer training data. Conventional defenses such as differential privacy and secure aggregation fall short in effectively safeguarding user privacy in DL, either sacrificing model utility or efficiency. We introduce Shatter, a novel DL approach in which nodes create virtual nodes (VNs) to disseminate chunks of their full model on their behalf. This enhances privacy by (i) preventing attackers from collecting full models from other nodes, and (ii) hiding the identity of the original node that produced a given model chunk. We theoretically prove the convergence of Shatter and provide a formal analysis demonstrating how Shatter reduces the efficacy of attacks compared to when exchanging full models between nodes. We evaluate the convergence and attack resilience of Shatter with existing DL algorithms, with heterogeneous datasets, and against three standard privacy attacks. Our evaluation shows that Shatter not only renders these privacy attacks infeasible when each node operates 16 VNs but also exhibits a positive impact on model utility compared to standard DL. In summary, Shatter enhances the privacy of DL while maintaining the utility and efficiency of the model.


翻译:去中心化学习(DL)使得协作学习无需服务器且训练数据无需离开用户设备。然而,DL中共享的模型仍可能被用于推断训练数据。传统防御机制如差分隐私和安全聚合在有效保护DL用户隐私方面存在不足,要么牺牲模型效用,要么降低效率。我们提出Shatter,一种新颖的DL方法,其中节点创建虚拟节点(VNs)来代表其分发完整模型的片段。该方法通过以下方式增强隐私:(i)防止攻击者从其他节点收集完整模型;(ii)隐藏生成特定模型片段的原始节点身份。我们从理论上证明了Shatter的收敛性,并通过形式化分析展示了与节点间交换完整模型相比,Shatter如何降低攻击的有效性。我们使用现有DL算法、异构数据集以及针对三种标准隐私攻击,评估了Shatter的收敛性和抗攻击能力。评估结果表明,当每个节点运行16个VNs时,Shatter不仅使这些隐私攻击不可行,而且与标准DL相比对模型效用产生了积极影响。总之,Shatter在保持模型效用和效率的同时,增强了DL的隐私性。

0
下载
关闭预览

相关内容

Linux导论,Introduction to Linux,96页ppt
专知会员服务
82+阅读 · 2020年7月26日
FlowQA: Grasping Flow in History for Conversational Machine Comprehension
专知会员服务
34+阅读 · 2019年10月18日
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
60+阅读 · 2019年10月17日
Keras François Chollet 《Deep Learning with Python 》, 386页pdf
专知会员服务
164+阅读 · 2019年10月12日
【SIGGRAPH2019】TensorFlow 2.0深度学习计算机图形学应用
专知会员服务
41+阅读 · 2019年10月9日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Hierarchical Imitation - Reinforcement Learning
CreateAMind
19+阅读 · 2018年5月25日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
18+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
4+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
46+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2014年12月31日
Arxiv
13+阅读 · 2022年10月20日
Arxiv
20+阅读 · 2022年10月10日
Max-Margin Contrastive Learning
Arxiv
18+阅读 · 2021年12月21日
Arxiv
10+阅读 · 2021年12月9日
Arxiv
18+阅读 · 2021年6月10日
Arxiv
10+阅读 · 2021年3月30日
Memory-Gated Recurrent Networks
Arxiv
12+阅读 · 2020年12月24日
Arxiv
10+阅读 · 2020年6月12日
A Multi-Objective Deep Reinforcement Learning Framework
VIP会员
相关资讯
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Hierarchical Imitation - Reinforcement Learning
CreateAMind
19+阅读 · 2018年5月25日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
相关论文
Arxiv
13+阅读 · 2022年10月20日
Arxiv
20+阅读 · 2022年10月10日
Max-Margin Contrastive Learning
Arxiv
18+阅读 · 2021年12月21日
Arxiv
10+阅读 · 2021年12月9日
Arxiv
18+阅读 · 2021年6月10日
Arxiv
10+阅读 · 2021年3月30日
Memory-Gated Recurrent Networks
Arxiv
12+阅读 · 2020年12月24日
Arxiv
10+阅读 · 2020年6月12日
A Multi-Objective Deep Reinforcement Learning Framework
相关基金
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
18+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
4+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
46+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员