Towards effective privacy preservation in federated learning with automatic gradient clipping and gradient transformation perturbation

差别隐私 计算机科学 剪裁(形态学) 梯度下降 转化(遗传学) 数据挖掘 人工智能 人工神经网络 语言学 哲学 生物化学 化学 基因
作者
Chuanyin Wang,Yifei Zhang,Neng Gao
出处
期刊:The Computer Journal [Oxford University Press]
卷期号:68 (8): 939-952
标识
DOI:10.1093/comjnl/bxaf015
摘要

Abstract Differential privacy can effectively help federated learning resist privacy attacks from various parties. However, existing approaches that use differential privacy for privacy protection greatly decrease the model performance of federated learning, especially in scenarios with complex model structures and large parameters. In this paper, we propose a novel privacy preservation scheme for federated learning that combines automatic gradient clipping and gradient transformation perturbation. Our approach primarily reduces the impact of differential privacy on federated learning from two aspects. Firstly, we efficiently control the gradient sensitivity by using automatic gradient clipping instead of traditional threshold clipping. Secondly, we utilize the space transformation technique to alleviate the dramatic accuracy degradation of the model caused by the insertion noise. Extensive experiments on various benchmark datasets demonstrate that our approach achieves a good trade-off between data privacy and effectiveness under the same privacy budget.
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