Practical Privacy-Preserving Federated Learning in Vehicular Fog Computing

计算机科学 云计算 可扩展性 架空(工程) 方案(数学) 雾计算 分布式计算 共谋 信息隐私 计算机网络 服务器
作者
Yiran Li,Hongwei Li,Guowen Xu,Tao Xiang,Rongxing Lu
出处
期刊:IEEE Transactions on Vehicular Technology [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:: 1-1
标识
DOI:10.1109/tvt.2022.3150806
摘要

Benefitting from the outstanding capabilities of intelligent controlling and prediction, federated learning (FL) has been widely applied in Internet of Vehicle (IoV). However, applying FL into fog-computing-based IoV still suffers from two crucial problems: (i) how to achieve the privacy-preserving FL under the flexible architecture of fog computing with no assistance of cloud server, and (ii) how to guarantee the privacy-preserving FL to perform with high efficiency and low overhead in fog-computing settings. For addressing the above issues, we propose a practical framework, named GALAXY, the first of its kind in the regime of privacy-preserving FL under the setting of non-cloud-assisted fog computing. Based on the secure multiparty computation (MPC) technology, our framework satisfies the (T, N)-threshold property, permitting N (a scalable number) fog nodes to cooperate with multiple users for implementing privacy-preserving FL, while resisting the collusion up to T-1 fog nodes, and being robust to at most N-T fog nodes simultaneously dropping out. Besides, considering the practical scenario that low-quality data may negatively impair the FL model convergence, our scheme can handle users? low-quality data while protecting all user-related information under our secure framework. Based on the above superior properties, our scheme can perform with high scalability, high processing efficiency, and low resource overhead, being practical for fog-computing-based IoV. Extensive experiment results demonstrate our scheme with high-level performance.
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