While machine learning has become pervasive in as diversified fields as industry, healthcare, social networks, privacy concerns regarding the training data have gained a critical importance. In settings where several parties wish to collaboratively train a common model without jeopardizing their sensitive data, the need for a private training protocol is particularly stringent and implies to protect the data against both the model's end-users and the actors of the training phase. Differential privacy (DP) and cryptographic primitives are complementary popular countermeasures against privacy attacks. Among these cryptographic primitives, fully homomorphic encryption (FHE) offers ciphertext malleability at the cost of time-consuming operations in the homomorphic domain. In this paper, we design SHIELD, a probabilistic approximation algorithm for the argmax operator which is both fast when homomorphically executed and whose inaccuracy is used as a feature to ensure DP guarantees. Even if SHIELD could have other applications, we here focus on one setting and seamlessly integrate it in the SPEED collaborative training framework from "SPEED: Secure, PrivatE, and Efficient Deep learning" (Grivet S\'ebert et al., 2021) to improve its computational efficiency. After thoroughly describing the FHE implementation of our algorithm and its DP analysis, we present experimental results. To the best of our knowledge, it is the first work in which relaxing the accuracy of an homomorphic calculation is constructively usable as a degree of freedom to achieve better FHE performances.


翻译:尽管机器学习已广泛应用于工业、医疗、社交网络等多元化领域,但训练数据的隐私问题已变得至关重要。在多方希望在不泄露敏感数据的前提下协同训练公共模型的场景中,隐私保护协议的需求尤为迫切,这要求数据需同时抵御模型终端用户和训练参与方的攻击。差分隐私与密码学原语是应对隐私攻击的互补性主流方法。在全同态加密这类密码学原语中,密文的可塑性以同态域中高耗时计算为代价。本文设计了SHIELD——一种面向argmax算子的概率近似算法,该算法在同态执行时具有高效性,且其计算误差被用于确保差分隐私保障。尽管SHIELD可能存在其他应用场景,本文聚焦于特定场景,将其无缝整合至《SPEED: Secure, PrivatE, and Efficient Deep learning》(Grivet Sébert et al., 2021)的SPEED协作训练框架中,以提升计算效率。在详尽描述算法的全同态加密实现及其差分隐私分析后,我们展示了实验结果。据我们所知,这是首次将同态计算精度的放松作为可调自由度,以系统性实现更优全同态加密性能的研究工作。

0
下载
关闭预览

相关内容

近期必读的六篇 ICML 2020【因果推理】相关论文
专知会员服务
88+阅读 · 2020年9月8日
模型攻击:鲁棒性联邦学习研究的最新进展
机器之心
35+阅读 · 2020年6月3日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22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
AI/ML/DNN硬件加速设计怎么入门?
StarryHeavensAbove
11+阅读 · 2018年12月4日
【推荐】RNN/LSTM时序预测
机器学习研究会
25+阅读 · 2017年9月8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
0+阅读 · 2014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
1+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
1+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
9+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
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
2+阅读 · 7月27日
美空军新型反无人机部队初探
专知会员服务
7+阅读 · 7月27日
《防空交战流程的概率建模研究》
专知会员服务
10+阅读 · 7月27日
ICML 2026 教程 | 数值优化理论还重要吗?
专知会员服务
6+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
9+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VIP内容
近期必读的六篇 ICML 2020【因果推理】相关论文
专知会员服务
88+阅读 · 2020年9月8日
相关基金
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
0+阅读 · 2014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
1+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
1+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
9+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