In federated learning, each participant trains its local model with its own data and a global model is formed at a trusted server by aggregating model updates coming from these participants. Since the server has no effect and visibility on the training procedure of the participants to ensure privacy, the global model becomes vulnerable to attacks such as data poisoning and model poisoning. Although many defense algorithms have recently been proposed to address these attacks, they often make strong assumptions that do not agree with the nature of federated learning, such as assuming Non-IID datasets. Moreover, they mostly lack comprehensive experimental analyses. In this work, we propose a defense algorithm called ARFED that does not make any assumptions about data distribution, update similarity of participants, or the ratio of the malicious participants. ARFED mainly considers the outlier status of participant updates for each layer of the model architecture based on the distance to the global model. Hence, the participants that do not have any outlier layer are involved in model aggregation. We have performed extensive experiments on diverse scenarios and shown that the proposed approach provides a robust defense against different attacks. To test the defense capability of the ARFED in different conditions, we considered label flipping, Byzantine, and partial knowledge attacks for both IID and Non-IID settings in our experimental evaluations. Moreover, we proposed a new attack, called organized partial knowledge attack, where malicious participants use their training statistics collaboratively to define a common poisoned model. We have shown that organized partial knowledge attacks are more effective than independent attacks.


翻译:在联邦学习中,每个参与者使用自身数据训练本地模型,全局模型通过聚合这些参与者上传的模型更新,在可信服务器上形成。由于服务器无法干预或监督参与者的训练过程以保障隐私,全局模型易受到数据投毒和模型投毒等攻击。尽管近期提出了诸多防御算法应对此类攻击,但它们往往做出与联邦学习特性不符的强假设(如假设数据呈非独立同分布),且多数缺乏全面的实验分析。本文提出一种名为ARFED的防御算法,该算法不对数据分布、参与者更新相似度或恶意参与者比例做任何假设。ARFED主要依据各参与者模型更新与全局模型距离的离群状态,对模型架构的每一层进行异常判定,仅允许不存在任何异常层的参与者参与模型聚合。我们在多种场景下开展大量实验,证明该方法能对不同攻击提供稳健防御。为测试ARFED在不同条件下的防御能力,我们在实验评估中分别针对独立同分布与非独立同分布设置,考虑了标签翻转、拜占庭攻击和部分知识攻击。此外,我们提出一种名为"协同部分知识攻击"的新型攻击方式,恶意参与者通过协作利用自身训练统计数据来定义统一的投毒模型。实验表明,协同部分知识攻击比独立攻击更具破坏性。

0
下载
关闭预览

相关内容

【ACL2020】多模态信息抽取,365页ppt
专知会员服务
151+阅读 · 2020年7月6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
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
强化学习最新教程,17页pdf
专知会员服务
182+阅读 · 2019年10月11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
RL解决'BipedalWalkerHardcore-v2' (SOTA)
CreateAMind
31+阅读 · 2019年7月17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
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
国家自然科学基金
2+阅读 · 2017年12月31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
47+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 · 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
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
Arxiv
0+阅读 · 2023年8月9日
Arxiv
17+阅读 · 2018年4月2日
VIP会员
最新内容
AgentOps综述:智能体系统运维框架
专知会员服务
9+阅读 · 6月4日
《美陆军最新条令:兵力防护》
专知会员服务
9+阅读 · 6月4日
《人工智能的挑战:算法战的想象与现实》
专知会员服务
10+阅读 · 6月4日
首场人工智能战争:Maven如何重塑武装冲突
专知会员服务
6+阅读 · 6月4日
《通往人工通用智能之路上的均衡策略》
专知会员服务
7+阅读 · 6月3日
《Palantir的科技生态系统》
专知会员服务
21+阅读 · 6月2日
相关资讯
RL解决'BipedalWalkerHardcore-v2' (SOTA)
CreateAMind
31+阅读 · 2019年7月17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
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
相关基金
国家自然科学基金
2+阅读 · 2017年12月31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
47+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 · 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
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