Model poisoning attack in differential privacy-based federated learning

差别隐私 计算机科学 趋同(经济学) 架空(工程) 联合学习 计算机安全 保密 集合(抽象数据类型) 噪音(视频) 混淆 信息隐私 数据挖掘 人工智能 操作系统 图像(数学) 经济 程序设计语言 经济增长
作者
Ming–Hsuan Yang,Hang Cheng,Fei Chen,Ximeng Liu,Meiqing Wang,Xibin Li
出处
期刊:Information Sciences [Elsevier BV]
卷期号:630: 158-172 被引量:58
标识
DOI:10.1016/j.ins.2023.02.025
摘要

Although federated learning can provide privacy protection for individual raw data, some studies have shown that the shared parameters or gradients under federated learning may still reveal user privacy. Differential privacy is a promising solution to the above problem due to its small computational overhead. At present, differential privacy-based federated learning generally focuses on the trade-off between privacy and model convergence. Even though differential privacy obscures sensitive information by adding a controlled amount of noise to the confidential data, it opens a new door for model poisoning attacks: attackers can use noise to escape anomaly detection. In this paper, we propose a novel model poisoning attack called Model Shuffle Attack (MSA), which designs a unique way to shuffle and scale the model parameters. If we treat the model as a black box, it behaves like a benign model on test set. Unlike other model poisoning attacks, the malicious model after MSA has high accuracy on test set while reducing the global model convergence speed and even causing the model to diverge. Extensive experiments show that under FedAvg and robust aggregation rules, MSA is able to significantly degrade performance of the global model while guaranteeing stealthiness.
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