As an efficient neural network model for graph data, graph neural networks (GNNs) recently find successful applications for various wireless optimization problems. Given that the inference stage of GNNs can be naturally implemented in a decentralized manner, GNN is a potential enabler for decentralized control/management in the next-generation wireless communications. Privacy leakage, however, may occur due to the information exchanges among neighbors during decentralized inference with GNNs. To deal with this issue, in this paper, we analyze and enhance the privacy of decentralized inference with GNNs in wireless networks. Specifically, we adopt local differential privacy as the metric, and design novel privacy-preserving signals as well as privacy-guaranteed training algorithms to achieve privacy-preserving inference. We also define the SNR-privacy trade-off function to analyze the performance upper bound of decentralized inference with GNNs in wireless networks. To further enhance the communication and computation efficiency, we adopt the over-the-air computation technique and theoretically demonstrate its advantage in privacy preservation. Through extensive simulations on the synthetic graph data, we validate our theoretical analysis, verify the effectiveness of proposed privacy-preserving wireless signaling and privacy-guaranteed training algorithm, and offer some guidance on practical implementation.


翻译:作为一种高效的图数据神经网络模型,图神经网络(GNNs)近期在多种无线优化问题中展现出成功应用。鉴于GNN的推理阶段可天然以去中心化方式实现,GNN有望成为下一代无线通信中分散式控制/管理的使能技术。然而,在通过GNN进行去中心化推理时,邻居节点间的信息交换可能导致隐私泄露。针对此问题,本文分析并增强了无线网络中GNN去中心化推理的隐私保护能力。具体而言,我们采用局部差分隐私作为度量标准,设计新型隐私保护信号及隐私保证训练算法以实现隐私保护推理。同时,定义信噪比-隐私权衡函数来分析无线网络中GNN去中心化推理的性能上限。为进一步提升通信与计算效率,我们采用空中计算技术,并从理论上论证其在隐私保护方面的优势。通过在合成图数据上的大量仿真实验,我们验证了理论分析的正确性,证实了所提隐私保护无线信号及隐私保证训练算法的有效性,并为实际部署提供了指导性建议。

0
下载
关闭预览

相关内容

Explanation:无线网。 Publisher:Springer。 SIT: http://dblp.uni-trier.de/db/journals/winet/
Linux导论,Introduction to Linux,96页ppt
专知会员服务
82+阅读 · 2020年7月26日
【阿尔托大学】图神经网络,Graph Neural Networks,附60页ppt
专知会员服务
185+阅读 · 2020年4月26日
因果图,Causal Graphs,52页ppt
专知会员服务
254+阅读 · 2020年4月19日
【哈佛大学商学院课程Fall 2019】机器学习可解释性
专知会员服务
106+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
逆强化学习-学习人先验的动机
CreateAMind
16+阅读 · 2019年1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
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
LibRec 精选:推荐的可解释性[综述]
LibRec智能推荐
10+阅读 · 2018年5月4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
可解释的CNN
CreateAMind
18+阅读 · 2017年10月5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
1+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
1+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
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
Arxiv
1+阅读 · 2023年7月14日
Arxiv
38+阅读 · 2020年12月2日
VIP会员
最新内容
博士论文 | 面向大模型推理的内存高效算法
专知会员服务
0+阅读 · 今天15:20
美空军新型反无人机部队初探
专知会员服务
4+阅读 · 今天5:45
《防空交战流程的概率建模研究》
专知会员服务
6+阅读 · 今天5:04
ICML 2026 教程 | 数值优化理论还重要吗?
专知会员服务
4+阅读 · 7月26日
ICM 2026 | 陶哲轩:人工智能时代的数学
专知会员服务
8+阅读 · 7月26日
《反无人机交战场景下的战斗归零研究》
专知会员服务
7+阅读 · 7月26日
博士论文 | 用代码结构感知方法推进代码大模型
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
逆强化学习-学习人先验的动机
CreateAMind
16+阅读 · 2019年1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
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
LibRec 精选:推荐的可解释性[综述]
LibRec智能推荐
10+阅读 · 2018年5月4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
可解释的CNN
CreateAMind
18+阅读 · 2017年10月5日
相关基金
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
1+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
1+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
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员