Federated learning (FL) provides autonomy and privacy by design to participating peers, who cooperatively build a machine learning (ML) model while keeping their private data in their devices. However, that same autonomy opens the door for malicious peers to poison the model by conducting either untargeted or targeted poisoning attacks. The label-flipping (LF) attack is a targeted poisoning attack where the attackers poison their training data by flipping the labels of some examples from one class (i.e., the source class) to another (i.e., the target class). Unfortunately, this attack is easy to perform and hard to detect and it negatively impacts on the performance of the global model. Existing defenses against LF are limited by assumptions on the distribution of the peers' data and/or do not perform well with high-dimensional models. In this paper, we deeply investigate the LF attack behavior and find that the contradicting objectives of attackers and honest peers on the source class examples are reflected in the parameter gradients corresponding to the neurons of the source and target classes in the output layer, making those gradients good discriminative features for the attack detection. Accordingly, we propose a novel defense that first dynamically extracts those gradients from the peers' local updates, and then clusters the extracted gradients, analyzes the resulting clusters and filters out potential bad updates before model aggregation. Extensive empirical analysis on three data sets shows the proposed defense's effectiveness against the LF attack regardless of the data distribution or model dimensionality. Also, the proposed defense outperforms several state-of-the-art defenses by offering lower test error, higher overall accuracy, higher source class accuracy, lower attack success rate, and higher stability of the source class accuracy.


翻译:联邦学习( FL) 通过设计为参与的同龄人提供自主和隐私,他们合作建立机器学习(ML)模型,同时将其私人数据保存在设备中。然而,同样的自主性为恶意同龄人打开了通过非定向或定向中毒袭击毒害模型的大门。 标签疏通(LF)袭击是一种有针对性的中毒袭击,袭击者通过将某个类别(即源类)中某些例子的标签翻转至另一个类别(即目标类)来毒害他们的培训数据。 不幸的是,这次袭击很容易进行,很难检测,而且对全球模型的性能产生了负面影响。 现有的针对LF的防御因对同龄人数据分布的假设和/或对高维模式的破坏而受到限制。 在本文中,我们深入调查了LF攻击行为的行为,发现攻击者和诚实同龄人之间在来源(即源类)和目标类中的某些例子中,也反映了与源的神经和目标类(即目标类)相对的参数梯度梯度梯度,使得这些较高的歧视性特征对攻击性攻击率测试全球模型的性测试效果。 因此,我们提议了一个新的Silfrefrofrodestry 测试了数的基数据序列中,然后从数级数据流分析了源中获取了数的基数 。

0
下载
关闭预览

相关内容

不可错过!《机器学习100讲》课程,UBC Mark Schmidt讲授
专知会员服务
71+阅读 · 2022年6月28日
专知会员服务
25+阅读 · 2021年4月2日
Keras François Chollet 《Deep Learning with Python 》, 386页pdf
专知会员服务
144+阅读 · 2019年10月12日
[综述]深度学习下的场景文本检测与识别
专知会员服务
77+阅读 · 2019年10月10日
机器学习入门的经验与建议
专知会员服务
90+阅读 · 2019年10月10日
【哈佛大学商学院课程Fall 2019】机器学习可解释性
专知会员服务
99+阅读 · 2019年10月9日
VCIP 2022 Call for Special Session Proposals
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年4月1日
IEEE TII Call For Papers
CCF多媒体专委会
3+阅读 · 2022年3月24日
AIART 2022 Call for Papers
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年2月13日
【ICIG2021】Check out the hot new trailer of ICIG2021 Symposium4
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年11月10日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
23+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
26+阅读 · 2019年5月18日
深度自进化聚类:Deep Self-Evolution Clustering
我爱读PAMI
14+阅读 · 2019年4月13日
无监督元学习表示学习
CreateAMind
26+阅读 · 2019年1月4日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
41+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
16+阅读 · 2018年12月24日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
Arxiv
0+阅读 · 2022年8月23日
Arxiv
0+阅读 · 2022年8月20日
Arxiv
38+阅读 · 2020年3月10日
Feature Denoising for Improving Adversarial Robustness
Arxiv
15+阅读 · 2018年12月9日
VIP会员
相关VIP内容
不可错过!《机器学习100讲》课程,UBC Mark Schmidt讲授
专知会员服务
71+阅读 · 2022年6月28日
专知会员服务
25+阅读 · 2021年4月2日
Keras François Chollet 《Deep Learning with Python 》, 386页pdf
专知会员服务
144+阅读 · 2019年10月12日
[综述]深度学习下的场景文本检测与识别
专知会员服务
77+阅读 · 2019年10月10日
机器学习入门的经验与建议
专知会员服务
90+阅读 · 2019年10月10日
【哈佛大学商学院课程Fall 2019】机器学习可解释性
专知会员服务
99+阅读 · 2019年10月9日
相关资讯
VCIP 2022 Call for Special Session Proposals
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年4月1日
IEEE TII Call For Papers
CCF多媒体专委会
3+阅读 · 2022年3月24日
AIART 2022 Call for Papers
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年2月13日
【ICIG2021】Check out the hot new trailer of ICIG2021 Symposium4
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年11月10日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
23+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
26+阅读 · 2019年5月18日
深度自进化聚类:Deep Self-Evolution Clustering
我爱读PAMI
14+阅读 · 2019年4月13日
无监督元学习表示学习
CreateAMind
26+阅读 · 2019年1月4日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
41+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
16+阅读 · 2018年12月24日
相关基金
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员