Privacy-Preserving and Reliable Decentralized Federated Learning

计算机科学 异步通信 方案(数学) 单点故障 加密 分布式计算 差别隐私 联合学习 计算机网络 质量(理念) 点(几何) 数据挖掘 认识论 数学 数学分析 哲学 几何学
作者
Yuanyuan Gao,Lei Zhang,Lulu Wang,Kim‐Kwang Raymond Choo,Rui Zhang
出处
期刊:IEEE Transactions on Services Computing [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:16 (4): 2879-2891 被引量:3
标识
DOI:10.1109/tsc.2023.3250705
摘要

Conventional federated learning (FL) approaches generally rely on a centralized server, and there has been a trend of designing asynchronous FL approaches for distributed applications partly to mitigate limitations associated with conventional (synchronous) FL approaches (e.g., single point of failure / attack). In this paper, we first introduce two new tools, namely: a quality-based aggregation method and an extended dynamic contribution broadcast encryption (DConBE). Building on these two new tools and local differential privacy, we then propose a privacy-preserving and reliable decentralized FL scheme, designed to support batch joining/leaving of clients while incurring minimal delay and achieving high model accuracy. In other words, our scheme seeks to ensure an optimal trade-off between model accuracy and data privacy, which is also demonstrated in our simulation results. For example, the results show that our aggregation method can effectively avoid low-quality updates in the sense that the scheme guarantees high model accuracy even in the presence of bad clients who may submit low-quality updates. In addition, our scheme incurs a lower loss and the extended DConBE only slightly affects the efficiency of our scheme. With the extended dynamic contribution broadcast encryption, our scheme can efficiently support batch joining/leaving of clients.
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