The ubiquity of distributed machine learning (ML) in sensitive public domain applications calls for algorithms that protect data privacy, while being robust to faults and adversarial behaviors. Although privacy and robustness have been extensively studied independently in distributed ML, their synthesis remains poorly understood. We present the first tight analysis of the error incurred by any algorithm ensuring robustness against a fraction of adversarial machines, as well as differential privacy (DP) for honest machines' data against any other curious entity. Our analysis exhibits a fundamental trade-off between privacy, robustness, and utility. Surprisingly, we show that the cost of this trade-off is marginal compared to that of the classical privacy-utility trade-off. To prove our lower bound, we consider the case of mean estimation, subject to distributed DP and robustness constraints, and devise reductions to centralized estimation of one-way marginals. We prove our matching upper bound by presenting a new distributed ML algorithm using a high-dimensional robust aggregation rule. The latter amortizes the dependence on the dimension in the error (caused by adversarial workers and DP), while being agnostic to the statistical properties of the data.


翻译:分布式机器学习(ML)在敏感公共领域应用中的普遍存在,要求算法既能保护数据隐私,又能抵御故障和对抗性行为。尽管隐私和鲁棒性在分布式ML中已得到广泛独立研究,但它们的综合仍缺乏深入理解。我们首次严格分析了任何算法在确保对一定比例对抗性机器的鲁棒性,以及针对其他好奇实体保护诚实机器数据差分隐私(DP)时的误差。我们的分析揭示了隐私、鲁棒性和效用之间的基本权衡。令人惊讶的是,我们表明这种权衡的成本相对于经典隐私-效用权衡而言微乎其微。为了证明下界,我们考虑了受分布式DP和鲁棒性约束的均值估计问题,并设计了到集中式单一边际估计的归约。我们通过提出一种使用高维鲁棒聚合规则的新型分布式ML算法,证明了匹配的上界。该规则在误差(由对抗性工作节点和DP引起)中摊销了对维度的依赖,同时对数据的统计特性保持不可知性。

0
下载
关闭预览

相关内容

不可错过!《机器学习100讲》课程,UBC Mark Schmidt讲授
专知会员服务
76+阅读 · 2022年6月28日
专知会员服务
52+阅读 · 2020年12月14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
105+阅读 · 2019年10月9日
【SIGGRAPH2019】TensorFlow 2.0深度学习计算机图形学应用
专知会员服务
41+阅读 · 2019年10月9日
VCIP 2022 Call for Demos
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年6月6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
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24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
国家自然科学基金
5+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
1+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 · 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 · 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 · 2009年12月31日
Arxiv
38+阅读 · 2020年3月10日
Arxiv
45+阅读 · 2019年12月20日
Generative Adversarial Networks: A Survey and Taxonomy
Adversarial Transfer Learning
Arxiv
12+阅读 · 2018年12月6日
VIP会员
最新内容
马赛克战:俄乌战场透析
专知会员服务
7+阅读 · 今天4:12
《利用人工智能增强军事决策》
专知会员服务
1+阅读 · 今天4:09
《自动机器学习在军事数据耕耘法中的应用》
专知会员服务
3+阅读 · 今天4:02
为何指挥所生存能力要求范式转变
专知会员服务
1+阅读 · 今天3:54
打造“新蛛网”模式与高科技动员
专知会员服务
1+阅读 · 今天3:33
“蛛网”行动一周年:远程无人机战争
专知会员服务
1+阅读 · 今天3:23
【剑桥博士论文】智能体-环境协同优化
专知会员服务
5+阅读 · 6月9日
为初级军官战术训练设计生成式人工智能平台
专知会员服务
8+阅读 · 6月9日
《美军条令:作战伤员后送保障》
专知会员服务
6+阅读 · 6月9日
相关资讯
VCIP 2022 Call for Demos
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年6月6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
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24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
相关基金
国家自然科学基金
5+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
1+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 · 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 · 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 · 2009年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员