Robust privacy‐preserving federated learning framework for IoT devices

计算机科学 稳健性(进化) 联合学习 分布式计算 物联网 私人信息检索 嵌入式系统 计算机安全 生物化学 化学 基因
作者
Zhaoyang Han,Lu Zhou,Chunpeng Ge,Juan Li,Zhe Liu
出处
期刊:International Journal of Intelligent Systems [Wiley]
卷期号:37 (11): 9655-9673 被引量:1
标识
DOI:10.1002/int.22993
摘要

Federated Learning (FL) is a framework where multiple parties can train a model jointly without sharing private data. Private information protection is a critical problem in FL. However, the communication overheads of existing solutions are too heavy for IoT devices in resource-constrained environments. Additionally, they cannot ensure robustness when IoT devices become offline. In this paper, Democratic Federated Learning (DemoFL) is proposed, which is a privacy-preserving FL framework that has sufficiently low communication overheads. DemoFL involves a consensus module to ensure the system is robust. It also utilizes a tree structure to reduce the time communication overheads and realizes high robustness without reducing accuracy. The proposed algorithm reduces the communication complexity of aggregation at training by M $M$ times, M $M$ being a controllable parameter. Sufficient experiments have been conducted to evaluate the efficiency of the proposed method. The experimental results also demonstrate the practicality of the proposed framework for IoT devices in unstable environments.
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