Decentralised learning has recently gained traction as an alternative to federated learning in which both data and coordination are distributed over its users. To preserve data confidentiality, decentralised learning relies on differential privacy, multi-party computation, or a combination thereof. However, running multiple privacy-preserving summations in sequence may allow adversaries to perform reconstruction attacks. Unfortunately, current reconstruction countermeasures either cannot trivially be adapted to the distributed setting, or add excessive amounts of noise. In this work, we first show that passive honest-but-curious adversaries can infer other users' private data after several privacy-preserving summations. For example, in subgraphs with 18 users, we show that only three passive honest-but-curious adversaries succeed at reconstructing private data 11.0% of the time, requiring an average of 8.8 summations per adversary. The success rate depends only on the adversaries' direct neighbourhood, independent of the size of the full network. We consider weak adversaries, who do not control the graph topology and can exploit neither the inner workings of the summation protocol nor the specifics of users' data. We develop a mathematical understanding of how reconstruction relates to topology and propose the first topology-based decentralised defence against reconstruction attacks. Specifically, we show that reconstruction requires a number of adversaries linear in the length of the network's shortest cycle. Consequently, reconstructing private data from privacy-preserving summations is impossible in acyclic networks. Our work is a stepping stone for a formal theory of topology-based reconstruction defences. Such a theory would generalise our countermeasure beyond summation, define confidentiality in terms of entropy, and describe the effects of differential privacy.


翻译:去中心化学习近期作为联邦学习的替代方案备受关注,其数据与协调机制均分布在用户节点中。为保障数据机密性,去中心化学习依赖差分隐私、多方计算或二者结合。然而,序列执行多个隐私保护求和操作可能使攻击者实施重建攻击。现有重建防御手段要么难以直接适配分布式场景,要么需要添加过量噪声。本研究首先证明:在被动诚实但好奇的 adversaries(攻击者)经过多次隐私保护求和操作后,可推断其他用户的私有数据。例如,在包含18个用户的子图中,仅需3个被动诚实但好奇的 adversaries 即可在11.0%的概率下成功重建私有数据,每个 adversary 平均需要8.8次求和操作。该成功率仅取决于 adversaries 的直接邻域,与全网络规模无关。我们假设 adversaries 为弱攻击者——既不控制图拓扑结构,也无法利用求和协议的内部机制或用户数据的特定属性。通过建立重建攻击与网络拓扑的数学关联,首次提出基于拓扑的去中心化重建防御方案。具体而言,我们证明重建攻击需要 adversaries 数量与网络最短环长度呈线性关系。因此,在无环网络中通过隐私保护求和重建私有数据是不可能的。本研究为建立基于拓扑的重建防御形式化理论奠定了基础——该理论将把防御措施扩展到求和协议之外,用信息熵定义机密性,并描述差分隐私的影响效应。

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
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
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
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
Single-Shot Object Detection with Enriched Semantics
统计学习与视觉计算组
14+阅读 · 2018年8月29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
Hierarchical Imitation - Reinforcement Learning
CreateAMind
19+阅读 · 2018年5月25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
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
18+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
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
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
20+阅读 · 2022年10月10日
Arxiv
29+阅读 · 2022年3月28日
Max-Margin Contrastive Learning
Arxiv
18+阅读 · 2021年12月21日
Arxiv
18+阅读 · 2021年6月10日
Arxiv
10+阅读 · 2021年3月30日
A Survey on Deep Transfer Learning
Arxiv
11+阅读 · 2018年8月6日
Arxiv
15+阅读 · 2018年2月4日
Arxiv
25+阅读 · 2018年1月24日
VIP会员
最新内容
ICML 2026 | SARDI:扩散语言模型的自增强检索
专知会员服务
4+阅读 · 6月6日
《国防领域安全采用大语言模型的战略蓝图》
专知会员服务
7+阅读 · 6月6日
ICML 2026 | 演化选择的因果建模
专知会员服务
7+阅读 · 6月5日
综述|学习式3D表征最新进展与趋势
专知会员服务
7+阅读 · 6月5日
人工智能重塑威慑:算法优势的兴起
专知会员服务
8+阅读 · 6月5日
AgentOps综述:智能体系统运维框架
专知会员服务
17+阅读 · 6月4日
《美陆军最新条令:兵力防护》
专知会员服务
14+阅读 · 6月4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
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
Single-Shot Object Detection with Enriched Semantics
统计学习与视觉计算组
14+阅读 · 2018年8月29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
Hierarchical Imitation - Reinforcement Learning
CreateAMind
19+阅读 · 2018年5月25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
相关论文
Arxiv
20+阅读 · 2022年10月10日
Arxiv
29+阅读 · 2022年3月28日
Max-Margin Contrastive Learning
Arxiv
18+阅读 · 2021年12月21日
Arxiv
18+阅读 · 2021年6月10日
Arxiv
10+阅读 · 2021年3月30日
A Survey on Deep Transfer Learning
Arxiv
11+阅读 · 2018年8月6日
Arxiv
15+阅读 · 2018年2月4日
Arxiv
25+阅读 · 2018年1月24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
18+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
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
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