Byzantine Resistant Secure Blockchained Federated Learning at the Edge

计算机科学 Byzantine容错 GSM演进的增强数据速率 计算机安全 量子拜占庭协议 分布式计算 可追溯性 人工智能 容错 软件工程
作者
Zonghang Li,Hongfang Yu,Tianyao Zhou,Long Luo,Mochan Fan,Zenglin Xu,Gang Sun
出处
期刊:IEEE Network [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:35 (4): 295-301 被引量:20
标识
DOI:10.1109/mnet.011.2000604
摘要

The emerging blockchained federated learning, known for its security properties such as decentralization, immutability and traceability, is evolving into an important direction of next-generation AI. With the booming edge computing technologies, blockchained federated learning can take advantage of computing, communication and storage resources geo-distributed at the edge, so that blockchained federated learning can gather edge intelligence from more widely distributed devices more efficiently. However, untrustworthy devices at the edge also bring serious security threats, namely byzantine attacks. Existing solutions focus on selecting local models that are most likely to be honest, rather than detecting byzantine models and identifying attackers, because verifying each local model separately brings intolerable verification delay. In this paper, we propose a byzantine resistant secure blockchained federated learning framework named BytoChain. BytoChain improves the efficiency of model verification by introducing verifiers to execute heavy verification workflows in parallel, and detects byzantine attacks through a byzantine resistant consensus Proof-of-Accuracy (PoA). We analyze how BytoChain can mitigate five types of attacks, and demonstrate its effectiveness by simulations. Finally, we envision some open issues about security, including attacks on privacy, confidentiality, and backdoors.
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