Federated learning (FL) enables distributed model training across edge devices while preserving data locality. This decentralized approach has emerged as a promising solution for collaborative learning on sensitive user data, effectively addressing the longstanding privacy concerns inherent in centralized systems. However, the decentralized nature of FL exposes new security vulnerabilities, especially backdoor attacks that threaten model integrity. To investigate this critical concern, this paper presents the Layer Smoothing Attack (LSA), a novel backdoor attack that exploits layer-specific vulnerabilities in neural networks. First, a Layer Substitution Analysis methodology systematically identifies backdoor-critical (BC) layers that contribute most significantly to backdoor success. Subsequently, LSA strategically manipulates these BC layers to inject persistent backdoors while remaining undetected by state-of-the-art defense mechanisms. Extensive experiments across diverse model architectures and datasets demonstrate that LSA achieves a remarkably backdoor success rate of up to 97% while maintaining high model accuracy on the primary task, consistently bypassing modern FL defenses. These findings uncover fundamental vulnerabilities in current FL security frameworks, demonstrating that future defenses must incorporate layer-aware detection and mitigation strategies.


翻译:联邦学习(FL)能够在保持数据本地性的同时,在边缘设备间进行分布式模型训练。这种去中心化方法已成为在敏感用户数据上进行协作学习的一种有前景的解决方案,有效解决了集中式系统固有的长期隐私问题。然而,FL的去中心化特性也暴露了新的安全漏洞,尤其是威胁模型完整性的后门攻击。为研究这一关键问题,本文提出了层平滑攻击(LSA),这是一种利用神经网络中层特异性漏洞的新型后门攻击。首先,通过层替换分析方法,系统地识别出对后门成功贡献最大的后门关键(BC)层。随后,LSA策略性地操纵这些BC层以注入持久后门,同时能够规避最先进的防御机制的检测。在不同模型架构和数据集上进行的大量实验表明,LSA实现了高达97%的惊人后门成功率,同时在主要任务上保持高模型精度,并能持续绕过现代FL防御。这些发现揭示了当前FL安全框架中的根本性漏洞,表明未来的防御策略必须纳入层感知的检测与缓解机制。

0
下载
关闭预览

相关内容

联邦学习中的成员推断攻击与防御:综述
专知会员服务
17+阅读 · 2024年12月15日
【剑桥大学博士论文】联邦自监督学习,141页pdf
专知会员服务
19+阅读 · 2024年6月15日
《联邦学习中的对抗性攻击》48页论文
专知会员服务
40+阅读 · 2023年11月1日
「联邦学习系统攻击与防御技术」最新2023研究综述
专知会员服务
41+阅读 · 2023年3月12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
「联邦学习隐私保护 」最新2022研究综述
专知
16+阅读 · 2022年4月1日
联邦学习研究综述
专知
11+阅读 · 2021年12月25日
联邦学习安全与隐私保护研究综述
专知
12+阅读 · 2020年8月7日
【资源】联邦学习相关文献资源大列表
专知
10+阅读 · 2020年2月25日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
6+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
42+阅读 · 2015年12月31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
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
19+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
9+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
31+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
12+阅读 · 2015年12月31日
Arxiv
0+阅读 · 1月13日
VIP会员
相关基金
国家自然科学基金
1+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
6+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
42+阅读 · 2015年12月31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
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
19+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
9+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
31+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
12+阅读 · 2015年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员