Federated learning (FL) as one of the novel branches of distributed machine learning (ML), develops global models through a private procedure without direct access to local datasets. However, access to model updates (e.g. gradient updates in deep neural networks) transferred between clients and servers can reveal sensitive information to adversaries. Differential privacy (DP) offers a framework that gives a privacy guarantee by adding certain amounts of noise to parameters. This approach, although being effective in terms of privacy, adversely affects model performance due to noise involvement. Hence, it is always needed to find a balance between noise injection and the sacrificed accuracy. To address this challenge, we propose adaptive noise addition in FL which decides the value of injected noise based on features' relative importance. Here, we first propose two effective methods for prioritizing features in deep neural network models and then perturb models' weights based on this information. Specifically, we try to figure out whether the idea of adding more noise to less important parameters and less noise to more important parameters can effectively save the model accuracy while preserving privacy. Our experiments confirm this statement under some conditions. The amount of noise injected, the proportion of parameters involved, and the number of global iterations can significantly change the output. While a careful choice of parameters by considering the properties of datasets can improve privacy without intense loss of accuracy, a bad choice can make the model performance worse.


翻译:联邦学习作为分布式机器学习的新兴分支,通过私有流程开发全局模型,无需直接访问本地数据集。然而,客户端与服务器之间传输的模型更新(如深度神经网络中的梯度更新)可能向攻击者泄露敏感信息。差分隐私通过向参数添加特定噪声提供隐私保障框架。尽管该方法在隐私保护方面有效,但噪声引入会损害模型性能。因此,始终需要在噪声注入与牺牲的准确性之间寻找平衡。为解决这一挑战,我们提出联邦学习中的自适应噪声添加方法,该方法根据特征相对重要性决定注入噪声的值。本文首先提出两种针对深度神经网络模型特征优先级的有效排序方法,随后基于此信息扰动模型权重。具体而言,我们试图验证:对较不重要参数添加更多噪声,而对较重要参数添加较少噪声,能否在保护隐私的同时有效保持模型精度。实验在特定条件下证实了这一论断。注入噪声量、涉及参数比例及全局迭代次数会显著改变输出结果。通过考虑数据集特性谨慎选择参数,可在不显著损失精度的情况下提升隐私保护,而参数选择不当则会导致模型性能恶化。

0
下载
关闭预览

相关内容

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
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
0+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 · 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
Arxiv
126+阅读 · 2020年9月6日
Arxiv
18+阅读 · 2019年1月16日
VIP会员
最新内容
认知战:定义与能力发展
专知会员服务
0+阅读 · 今天9:25
乌军利用美国“黄蜂”无人机摧毁俄军后勤
专知会员服务
5+阅读 · 6月7日
《支持作战级人机协同智能的交互式OODA流程》
专知会员服务
14+阅读 · 6月7日
ICML 2026 | SARDI:扩散语言模型的自增强检索
专知会员服务
8+阅读 · 6月6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
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
0+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 · 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