Data heterogeneity among Federated Learning (FL) users poses a significant challenge, resulting in reduced global model performance. The community has designed various techniques to tackle this issue, among which Knowledge Distillation (KD)-based techniques are common. While these techniques effectively improve performance under high heterogeneity, they inadvertently cause higher accuracy degradation under model poisoning attacks (known as attack amplification). This paper presents a case study to reveal this critical vulnerability in KD-based FL systems. We show why KD causes this issue through empirical evidence and use it as motivation to design a hybrid distillation technique. We introduce a novel algorithm, Hybrid Knowledge Distillation for Robust and Accurate FL (HYDRA-FL), which reduces the impact of attacks in attack scenarios by offloading some of the KD loss to a shallow layer via an auxiliary classifier. We model HYDRA-FL as a generic framework and adapt it to two KD-based FL algorithms, FedNTD and MOON. Using these two as case studies, we demonstrate that our technique outperforms baselines in attack settings while maintaining comparable performance in benign settings.


翻译:联邦学习(FL)中用户间的数据异构性构成了重大挑战,导致全局模型性能下降。研究界已设计了多种技术应对此问题,其中基于知识蒸馏(KD)的技术较为常见。尽管这些技术在高异构性环境下能有效提升性能,但它们无意中会在模型投毒攻击下造成更严重的精度下降(即攻击放大效应)。本文通过案例研究揭示了基于KD的FL系统中这一关键脆弱性。我们通过实证证据阐释了KD导致该问题的原因,并以此为动机设计了一种混合蒸馏技术。我们提出了一种新颖算法——面向鲁棒且精确联邦学习的混合知识蒸馏(HYDRA-FL),该算法通过辅助分类器将部分KD损失卸载至浅层网络,从而降低攻击场景下的攻击影响。我们将HYDRA-FL建模为通用框架,并将其适配至两种基于KD的FL算法——FedNTD与MOON。以这两种算法作为案例研究,我们证明该技术在攻击环境下优于基线方法,同时在良性环境下保持相当的性能表现。

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
《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
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
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
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
3+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
0+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
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
国家自然科学基金
6+阅读 · 2014年12月31日
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
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
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
3+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
0+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
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
国家自然科学基金
6+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员