Secure aggregation of user vectors has become a critical issue in the field of federated learning. Many Secure Aggregation Protocols (SAP) face exorbitant computation costs, which severely limit their applicability. We uncover that current endeavors to reduce computation costs tend to overlook a crucial fact: a considerable portion of SAP's computation burden stems from processing each entry in the private vectors. Given this observation, we propose PVF, a portable module for compressing computation costs. PVF is able to ``freeze'' a substantial portion of the private vector through specific linear transformations, only requiring $\frac{1}{\lambda}$ of the original vector to participate in SAP. Eventually, users can ``thaw'' the public sum of the ``frozen entries" by the result of SAP. To enhance functionality, we introduce extensions that can enforce consistency constraints on users' original vectors, verify aggregated results, and enhance security when a portion of the private vector is known to the server. We demonstrate that PVF can seamlessly integrate with various SAP and prove that it poses no threat to user privacy in the semi-honest and active adversary settings. We select $8$ baselines, encompassing $6$ distinct types of SAP, and explore the acceleration effects of PVF on these SAP. Empirical investigations indicate that when $\lambda=100$, PVF yields up to $99.5\times$ speedup and up to $32.3\times$ communication reduction, with the potential to approach nearly $1000\times$ acceleration as $\lambda$ increases.


翻译:用户向量的安全聚合已成为联邦学习领域中的关键问题。许多安全聚合协议面临高昂的计算成本,这严重限制了其适用性。我们发现,当前旨在降低计算成本的努力往往忽略了一个关键事实:安全聚合协议计算负担的相当一部分源于对私有向量中每个条目的处理。基于这一观察,我们提出了PVF,一种用于压缩计算成本的可移植模块。PVF能够通过特定的线性变换“冻结”私有向量的很大一部分,仅需原始向量的$\frac{1}{\lambda}$参与安全聚合协议。最终,用户可以通过安全聚合协议的结果“解冻”“冻结条目”的公共和。为增强功能,我们引入了扩展,可以对用户的原始向量施加一致性约束、验证聚合结果,并在服务器已知部分私有向量的情况下提升安全性。我们证明PVF可以无缝集成到各种安全聚合协议中,并证明其在半诚实和主动敌手设置下不会威胁用户隐私。我们选取了涵盖6种不同类型安全聚合协议的8个基线,并研究了PVF对这些安全聚合协议的加速效果。实证研究表明,当$\lambda=100$时,PVF可实现高达$99.5\times$的加速和$32.3\times$的通信量减少,且随着$\lambda$的增加,有可能接近$1000\times$的加速效果。

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
【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
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
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 · 2014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
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
Principal Neighbourhood Aggregation for Graph Nets
Arxiv
17+阅读 · 2020年6月7日
VIP会员
最新内容
超越网格:作战环境对炮兵的影响
专知会员服务
2+阅读 · 5月31日
BES:让语言模型通过双向进化搜索自我改进
专知会员服务
6+阅读 · 5月30日
以色列-美国-伊朗战争中的无人机:关键要点
专知会员服务
7+阅读 · 5月30日
《Palantir任务保障性软件安全标准(MA-S2)》
专知会员服务
19+阅读 · 5月30日
基于声学的无人机检测技术综述
专知会员服务
11+阅读 · 5月30日
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
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 · 2014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
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
Top
微信扫码咨询专知VIP会员