On-device federated learning (FL) enables privacy-preserving and personalized model training on resource-constrained devices such as smartphones and IoT nodes. To reduce communication cost, sign-based methods (e.g., signSGD) transmit one-bit gradients. However, exposing gradient signs makes them vulnerable to inference attacks, while existing secure aggregation schemes are often incompatible with such methods or incur significant computational and communication overhead. We propose a lightweight and information-theoretically secure aggregation framework tailored for sign-based FL. The framework securely computes the majority vote (MV) polynomial through single-round secure multiplication, ensuring end-to-end information-theoretic security under the honest-majority assumption while revealing only the final aggregated sign to the server. To enhance efficiency and scalability, we introduce two key techniques. First, inverse-form exponent reduction halves the effective MV polynomial degree, reducing both communication and computation costs. Second, we propose single-round secure multiplication, achieving linear offline complexity and storage with only a single online communication. Together, these techniques reduce online communication by up to 99.5% and latency by up to 85.7% compared to conventional approaches. Also, by leveraging inherent MDS-code-based decoding, the framework achieves robustness against both dropouts and adversarial behaviors, yielding accuracy gains of up to 20.65% and 10.74%, respectively. Overall, the proposed framework establishes a practical foundation for large-scale, low-latency, and information-theoretically secure aggregation in sign-based FL.


翻译:暂无翻译

0
下载
关闭预览

相关内容

【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
【2022新书】联邦学习:方法和应用的综合概述
专知会员服务
149+阅读 · 2022年7月14日
亚马逊最新《联邦学习》简明综述
专知会员服务
85+阅读 · 2022年2月6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
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
61+阅读 · 2019年10月17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
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18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
李宏毅-201806-中文-Deep Reinforcement Learning精品课程分享
深度学习与NLP
15+阅读 · 2018年6月20日
国家自然科学基金
348+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
41+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
3+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
0+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
12+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
5+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
12+阅读 · 2014年12月31日
Arxiv
20+阅读 · 2022年10月10日
Advances and Open Problems in Federated Learning
Arxiv
18+阅读 · 2019年12月10日
VIP会员
最新内容
软件定义无人机蜂群给防空带来全新压力
专知会员服务
5+阅读 · 10月13日
《半自主无人地面战车的互操作性》66页
专知会员服务
5+阅读 · 10月13日
迈向更智慧的军事情报
专知会员服务
5+阅读 · 10月12日
《美国陆军2026年野战手册 2-0 情报》
专知会员服务
5+阅读 · 10月12日
《基于启发式算法求解武器-目标分配问题》
专知会员服务
7+阅读 · 10月12日
《美陆军最新条令出版物 2-0 情报》
专知会员服务
8+阅读 · 10月10日
电子战测试与训练靶场:战前验证战备状态
专知会员服务
3+阅读 · 10月10日
《美国陆军如何作战》46页最新报告
专知会员服务
9+阅读 · 10月10日
相关基金
国家自然科学基金
348+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
41+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
3+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
0+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
12+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
5+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
12+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员