Decentralized machine learning (DL) has been receiving an increasing interest recently due to the elimination of a single point of failure, present in Federated learning setting. Yet, it is threatened by the looming threat of Byzantine clients who intentionally disrupt the learning process by broadcasting arbitrary model updates to other clients, seeking to degrade the performance of the global model. In response, robust aggregation schemes have emerged as promising solutions to defend against such Byzantine clients, thereby enhancing the robustness of Decentralized Learning. Defenses against Byzantine adversaries, however, typically require access to the updates of other clients, a counterproductive privacy trade-off that in turn increases the risk of inference attacks on those same model updates. In this paper, we introduce SecureDL, a novel DL protocol designed to enhance the security and privacy of DL against Byzantine threats. SecureDL~facilitates a collaborative defense, while protecting the privacy of clients' model updates through secure multiparty computation. The protocol employs efficient computation of cosine similarity and normalization of updates to robustly detect and exclude model updates detrimental to model convergence. By using MNIST, Fashion-MNIST, SVHN and CIFAR-10 datasets, we evaluated SecureDL against various Byzantine attacks and compared its effectiveness with four existing defense mechanisms. Our experiments show that SecureDL is effective even in the case of attacks by the malicious majority (e.g., 80% Byzantine clients) while preserving high training accuracy.


翻译:去中心化机器学习(DL)因消除了联邦学习设置中存在的单点故障而近期受到越来越多的关注。然而,它正面临拜占庭客户端的潜在威胁——这些客户端故意通过向其他客户端广播任意模型更新来干扰学习过程,试图降低全局模型的性能。为此,鲁棒聚合方案应运而生,成为抵御此类拜占庭客户端的有力手段,从而增强去中心化学习的鲁棒性。然而,针对拜占庭对手的防御通常需要访问其他客户端的更新,这种违背隐私保护的权衡反而增加了对这些模型更新进行推理攻击的风险。在本文中,我们提出SecureDL——一种新型去中心化学习协议,旨在增强去中心化学习在应对拜占庭威胁时的安全性与隐私保护能力。SecureDL通过安全多方计算在保护客户端模型更新隐私的同时实现协作防御。该协议通过高效计算余弦相似度与更新归一化,能够鲁棒地检测并排除对模型收敛有害的更新。我们使用MNIST、Fashion-MNIST、SVHN和CIFAR-10数据集,针对多种拜占庭攻击评估了SecureDL,并将其与四种现有防御机制进行了比较。实验表明,即使在恶意多数攻击(例如80%的拜占庭客户端)场景下,SecureDL仍能保持高训练准确率。

0
下载
关闭预览

相关内容

ACM/IEEE第23届模型驱动工程语言和系统国际会议,是模型驱动软件和系统工程的首要会议系列,由ACM-SIGSOFT和IEEE-TCSE支持组织。自1998年以来,模型涵盖了建模的各个方面,从语言和方法到工具和应用程序。模特的参加者来自不同的背景,包括研究人员、学者、工程师和工业专业人士。MODELS 2019是一个论坛,参与者可以围绕建模和模型驱动的软件和系统交流前沿研究成果和创新实践经验。今年的版本将为建模社区提供进一步推进建模基础的机会,并在网络物理系统、嵌入式系统、社会技术系统、云计算、大数据、机器学习、安全、开源等新兴领域提出建模的创新应用以及可持续性。 官网链接:http://www.modelsconference.org/
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
《DeepGCNs: Making GCNs Go as Deep as CNNs》
专知会员服务
32+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
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
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12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
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
From Softmax to Sparsemax-ICML16(1)
KingsGarden
74+阅读 · 2016年11月26日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2017年12月31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
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
47+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
12+阅读 · 2023年1月19日
Arxiv
25+阅读 · 2018年1月24日
VIP会员
最新内容
学习数据的几何:形状空间分析数学综述
专知会员服务
5+阅读 · 6月17日
定向能反无人机系统最新发展动态
专知会员服务
7+阅读 · 6月17日
从燃煤战舰到算法战争:水面指挥的永恒要求
专知会员服务
4+阅读 · 6月17日
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
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
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12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
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
From Softmax to Sparsemax-ICML16(1)
KingsGarden
74+阅读 · 2016年11月26日
相关基金
国家自然科学基金
2+阅读 · 2017年12月31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
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
47+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