Toward Model-Contrastive Federated Learning With Lightweight Privacy Preservation and Poisoning Attack Detection

计算机科学 联合学习 计算机安全 限制 一致性(知识库) 协议(科学) 服务器 方案(数学) 信息隐私 隐私保护 威胁模型 功能(生物学) 数据聚合器 数据建模 数据完整性 数据一致性 利用
作者
Hongliang Zhang,Zhongyuan Yu,Guijuan Wang,Fenghua Xu,Yongzhao Zhang,Chunqiang Hu,Xiaofen Wang,Jiguo Yu
出处
期刊:IEEE Transactions on Dependable and Secure Computing [IEEE Computer Society]
卷期号:23 (2): 1830-1846 被引量:1
标识
DOI:10.1109/tdsc.2025.3620529
摘要

Federated learning (FL), a distributed computing paradigm, is vulnerable to poisoning attacks that impair model performance and privacy attacks that leak participant information. Existing FL defense schemes struggle to counter poisoning attacks under data heterogeneity and high privacy computation overhead, limiting the practicality of federated learning. To address these issues, this paper proposes a model-contrastive federated learning framework with lightweight privacy preservation and poisoning attack detection, named MCFL. Specifically, we design a novel model-contrastive term by aligning intermediate-layer representations of models in the local optimization function to promote consistency of model updates among benign participants. Additionally, we design a secure aggregation protocol that adopts two-server aggregation instead of the single server to resist poisoning attacks with lightweight privacy protection. The proposed MCFL is theoretically proven in terms of convergence, robustness, and privacy. Extensive experiments demonstrate the superiority of MCFL compared to existing FL defense schemes.
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