Deep gradient inversion attacks expose a serious threat to Federated Learning (FL) by accurately recovering private data from shared gradients. However, the state-of-the-art heavily relies on impractical assumptions to access excessive auxiliary data, which violates the basic data partitioning principle of FL. In this paper, a novel method, Gradient Inversion Attack using Practical Image Prior (GI-PIP), is proposed under a revised threat model. GI-PIP exploits anomaly detection models to capture the underlying distribution from fewer data, while GAN-based methods consume significant more data to synthesize images. The extracted distribution is then leveraged to regulate the attack process as Anomaly Score loss. Experimental results show that GI-PIP achieves a 16.12 dB PSNR recovery using only 3.8% data of ImageNet, while GAN-based methods necessitate over 70%. Moreover, GI-PIP exhibits superior capability on distribution generalization compared to GAN-based methods. Our approach significantly alleviates the auxiliary data requirement on both amount and distribution in gradient inversion attacks, hence posing more substantial threat to real-world FL.


翻译:深度梯度反演攻击通过从共享梯度中精确恢复私有数据,对联邦学习构成了严重威胁。然而,现有最先进方法严重依赖不切实际的假设来获取过多的辅助数据,这违反了联邦学习的基本数据划分原则。本文在改进的威胁模型下提出了一种新方法——利用实际图像先验的梯度反演攻击(GI-PIP)。GI-PIP利用异常检测模型从更少的数据中捕获潜在分布,而基于GAN的方法需要消耗更多数据来合成图像。随后,提取的分布被用作异常分数损失来规范攻击过程。实验结果表明,GI-PIP仅使用ImageNet数据集3.8%的数据即可实现16.12 dB的峰值信噪比恢复,而基于GAN的方法则需要超过70%的数据。此外,与基于GAN的方法相比,GI-PIP在分布泛化方面表现出更优的能力。我们的方法显著降低了梯度反演攻击中对辅助数据数量和分布的要求,从而对现实联邦学习构成更实质性的威胁。

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