Smart meter measurements, though critical for accurate demand forecasting, face several drawbacks including consumers' privacy, data breach issues, to name a few. Recent literature has explored Federated Learning (FL) as a promising privacy-preserving machine learning alternative which enables collaborative learning of a model without exposing private raw data for short term load forecasting. Despite its virtue, standard FL is still vulnerable to an intractable cyber threat known as Byzantine attack carried out by faulty and/or malicious clients. Therefore, to improve the robustness of federated short-term load forecasting against Byzantine threats, we develop a state-of-the-art differentially private secured FL-based framework that ensures the privacy of the individual smart meter's data while protect the security of FL models and architecture. Our proposed framework leverages the idea of gradient quantization through the Sign Stochastic Gradient Descent (SignSGD) algorithm, where the clients only transmit the `sign' of the gradient to the control centre after local model training. As we highlight through our experiments involving benchmark neural networks with a set of Byzantine attack models, our proposed approach mitigates such threats quite effectively and thus outperforms conventional Fed-SGD models.


翻译:智能电表测量数据虽对精确需求预测至关重要,却面临消费者隐私泄露、数据安全等问题。近期文献将联邦学习作为一种有前景的隐私保护机器学习替代方案进行探索,该方案无需暴露原始数据即可实现短期负荷预测的模型协同训练。尽管具有优势,标准联邦学习仍易遭受一种被称为拜占庭攻击的棘手网络威胁——该攻击由故障或恶意客户端发起。为此,为提升联邦短期负荷预测对拜占庭威胁的鲁棒性,我们开发了一种基于差分隐私的最先进安全联邦学习框架,该框架在保障单个智能电表数据隐私的同时,兼顾联邦学习模型与架构的安全性。所提框架利用符号随机梯度下降算法中的梯度量化思想,客户端在本地模型训练后仅向控制中心传输梯度的"符号"。通过采用基准神经网络及一组拜占庭攻击模型进行的实验表明,我们的方法能有效缓解此类威胁,从而显著优于传统联邦随机梯度下降模型。

0
下载
关闭预览

相关内容

专知会员服务
24+阅读 · 2021年8月27日
专知会员服务
52+阅读 · 2020年12月14日
最新《联邦学习Federated Learning》报告,Federated Learning
专知会员服务
92+阅读 · 2020年12月2日
专知会员服务
46+阅读 · 2020年10月31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
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
【论文】变分推断(Variational inference)的总结
机器学习研究会
39+阅读 · 2017年11月16日
【推荐】自动特征工程开源框架
机器学习研究会
17+阅读 · 2017年11月7日
【推荐】RNN/LSTM时序预测
机器学习研究会
25+阅读 · 2017年9月8日
【推荐】(Keras)LSTM多元时序预测教程
机器学习研究会
25+阅读 · 2017年8月14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
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
Arxiv
0+阅读 · 2023年5月15日
Arxiv
10+阅读 · 2021年3月30日
VIP会员
最新内容
《通过小型无人机系统将情报能力“作战化”》
专知会员服务
3+阅读 · 今天7:28
消耗优势:美军的“精确规模化”概念
专知会员服务
7+阅读 · 6月15日
《离线语言支持系统:面向空战战术决策》
专知会员服务
8+阅读 · 6月15日
俄乌战场地面机器人如何改写战争规则
专知会员服务
9+阅读 · 6月14日
相关VIP内容
相关资讯
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
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
【论文】变分推断(Variational inference)的总结
机器学习研究会
39+阅读 · 2017年11月16日
【推荐】自动特征工程开源框架
机器学习研究会
17+阅读 · 2017年11月7日
【推荐】RNN/LSTM时序预测
机器学习研究会
25+阅读 · 2017年9月8日
【推荐】(Keras)LSTM多元时序预测教程
机器学习研究会
25+阅读 · 2017年8月14日
相关基金
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
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员