A Novel Differential Privacy Federated Learning Framework: An Adaptive Budget Allocation and Reversion Method

差别隐私 计算机科学 联合学习 噪音(视频) 信息隐私 钥匙(锁) 差速器(机械装置) 订单(交换) 数据挖掘 鉴定(生物学) 人工智能 数据建模 机器学习 适应性学习 均值回归 隐私软件 训练集 信息敏感性 时间预算 培训(气象学) 数据存取 期限(时间) 分布式计算 隐私保护
作者
Xu Zhao,Gang Li,Jun Cai
标识
DOI:10.1109/icme59968.2025.11209553
摘要

In computer multimedia, Federated Learning (FL) enables clients to contribute their multimedia data, thereby improving the overall accuracy of the model. However, clients’ sensitive multimedia data could still be inferred through the submitted local models in FL. As a result, differential privacy (DP) techniques have been adopted to protect clients’ sensitive multimedia data. But existing works primarily focused on adding fixed noise to data, gradients, or loss functions, which can negatively affect the model’s accuracy and convergence. To address this issue, we propose a novel differential privacy federated learning framework (DP-FedAR) which consists of two modules, i.e., an adaptive budget allocation method and a reversion mechanism. Specifically, based on model similarity, an adaptive allocation rule is proposed to assign privacy budgets in real time for each training round. Then, in order to avoid exhausting the privacy budget of each client too early in the whole training process, a reversion mechanism is further devised to identify clients’ historical models that mostly resemble the current global model. Theoretical analyses demonstrate that our proposed DP-FedAR can converge and has a strict privacy guarantee. Moreover, extensive simulations validate that our proposed DP-FedAR outperforms existing algorithms in terms of training accuracy. More precisely, the accuracy of DP-FedAR surpasses that of counterparts, with an average improvement of 8% to 12%
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