A Survey on Federated Learning Systems: Vision, Hype and Reality for Data Privacy and Protection

计算机科学 隐私保护 信息隐私 互联网隐私 增强现实 数据科学 1998年数据保护法 人机交互 计算机安全
作者
Qinbin Li,Zeyi Wen,Zhaomin Wu,Sixu Hu,Naibo Wang,Yuan Li,Xu Liu,Bingsheng He
出处
期刊:IEEE Transactions on Knowledge and Data Engineering [IEEE Computer Society]
卷期号:35 (4): 3347-3366 被引量:765
标识
DOI:10.1109/tkde.2021.3124599
摘要

Federated learning has been a hot research topic in enabling the collaborative training of machine learning models among different organizations under the privacy restrictions. As researchers try to support more machine learning models with different privacy-preserving approaches, there is a requirement in developing systems and infrastructures to ease the development of various federated learning algorithms. Similar to deep learning systems such as PyTorch and TensorFlow that boost the development of deep learning, federated learning systems (FLSs) are equivalently important, and face challenges from various aspects such as effectiveness, efficiency, and privacy. In this survey, we conduct a comprehensive review on federated learning systems. To achieve smooth flow and guide future research, we introduce the definition of federated learning systems and analyze the system components. Moreover, we provide a thorough categorization for federated learning systems according to six different aspects, including data distribution, machine learning model, privacy mechanism, communication architecture, scale of federation and motivation of federation. The categorization can help the design of federated learning systems as shown in our case studies. By systematically summarizing the existing federated learning systems, we present the design factors, case studies, and future research opportunities.
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