Towards the Flatter Landscape and Better Generalization in Federated Learning under Client-level Differential Privacy

计算机科学 差别隐私 稳健性(进化) 推论 过度拟合 事实上 算法 人工智能 人工神经网络 化学 法学 生物化学 政治学 基因
作者
Yifan Shi,Wei Kang,Li Shen,Yingqi Liu,Xueqian Wang,Bo Yuan,Dacheng Tao
出处
期刊:Cornell University - arXiv [Cornell University]
被引量:1
标识
DOI:10.48550/arxiv.2305.00873
摘要

To defend the inference attacks and mitigate the sensitive information leakages in Federated Learning (FL), client-level Differentially Private FL (DPFL) is the de-facto standard for privacy protection by clipping local updates and adding random noise. However, existing DPFL methods tend to make a sharp loss landscape and have poor weight perturbation robustness, resulting in severe performance degradation. To alleviate these issues, we propose a novel DPFL algorithm named DP-FedSAM, which leverages gradient perturbation to mitigate the negative impact of DP. Specifically, DP-FedSAM integrates Sharpness Aware Minimization (SAM) optimizer to generate local flatness models with improved stability and weight perturbation robustness, which results in the small norm of local updates and robustness to DP noise, thereby improving the performance. To further reduce the magnitude of random noise while achieving better performance, we propose DP-FedSAM-$top_k$ by adopting the local update sparsification technique. From the theoretical perspective, we present the convergence analysis to investigate how our algorithms mitigate the performance degradation induced by DP. Meanwhile, we give rigorous privacy guarantees with Rényi DP, the sensitivity analysis of local updates, and generalization analysis. At last, we empirically confirm that our algorithms achieve state-of-the-art (SOTA) performance compared with existing SOTA baselines in DPFL.

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
刚刚
早起完成签到,获得积分10
刚刚
章早立完成签到,获得积分10
1秒前
Jks发布了新的文献求助10
1秒前
豆豆浆发布了新的文献求助10
1秒前
桐桐应助刘庆采纳,获得10
2秒前
英姑应助美式漱口采纳,获得10
2秒前
儒飞完成签到,获得积分10
2秒前
李征发布了新的文献求助10
2秒前
3秒前
当当发布了新的文献求助10
3秒前
李健应助朽木采纳,获得10
3秒前
彭于晏应助烂漫的沂采纳,获得10
3秒前
木昜完成签到,获得积分10
3秒前
4秒前
ada发布了新的文献求助10
4秒前
fx完成签到,获得积分20
4秒前
4秒前
JamesPei应助lion采纳,获得30
5秒前
5秒前
Yuuuan发布了新的文献求助30
6秒前
6秒前
6秒前
6秒前
windzt81应助体贴的雁菱采纳,获得20
6秒前
大模型应助豆豆浆采纳,获得10
7秒前
zzz发布了新的文献求助10
8秒前
丘比特应助高大葡萄酒采纳,获得10
8秒前
8秒前
Muxi发布了新的文献求助10
8秒前
8秒前
姜小时完成签到,获得积分10
9秒前
爆米花发布了新的文献求助30
9秒前
janeZ完成签到,获得积分10
9秒前
10秒前
10秒前
ParksideBay完成签到,获得积分10
11秒前
充电宝应助lhhhh采纳,获得10
11秒前
茸茸茸完成签到,获得积分10
11秒前
windzt81发布了新的文献求助10
11秒前
高分求助中
(应助此贴封号)【重要!!请各用户(尤其是新用户)详细阅读】【科研通的精品贴汇总】 10000
HYDROLYSE ACIDE DE QUELQUES DIOXASPIROCYCLANES 1000
Navigating Normative Orders. Interdisciplinary Perspectives 800
1 Peter and Christ's Descent to the Dead in Its Early Christian Reception 700
Essentials of Carbohydrate Chemistry and Biochemistry, 4th Edition 600
Organizational Behavior 510
Management and the Arts 510
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 纳米技术 工程类 有机化学 化学工程 生物化学 计算机科学 内科学 物理 复合材料 催化作用 细胞生物学 无机化学 光电子学 物理化学 电极 基因
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 7741142
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 9289665
关于积分的说明 20196906
捐赠科研通 7319316
什么是DOI,文献DOI怎么找? 3306587
关于科研通互助平台的介绍 2458896
邀请新用户注册赠送积分活动 2316920