This paper studies federated learning (FL) -- especially cross-silo FL -- with data from people who do not trust the server or other silos. In this setting, each silo (e.g. hospital) has data from different people (e.g. patients) and must maintain the privacy of each person's data (e.g. medical record), even if the server or other silos act as adversarial eavesdroppers. This requirement motivates the study of Inter-Silo Record-Level Differential Privacy (ISRL-DP), which requires silo $i$'s communications to satisfy record-level differential privacy (DP). ISRL-DP ensures that the data of each person in silo~$i$ cannot be leaked. ISRL-DP is different from well-studied privacy notions. Central and user-level DP assume that people trust the server/other silos. On the other end of the spectrum, local DP assumes that people do not trust anyone at all (even their own silo). Sitting between central and local DP, ISRL-DP makes the realistic assumption (in cross-silo FL) that people trust their own silo, but not the server or other silos. In this work, we provide tight (up to logarithms) upper and lower bounds for ISRL-DP FL with convex/strongly convex loss functions and homogeneous (i.i.d.) silo data. Remarkably, we show that similar bounds are attainable for smooth losses with arbitrary heterogeneous silo data distributions, via an accelerated ISRL-DP algorithm. We also provide tight upper and lower bounds for ISRL-DP federated empirical risk minimization, and use acceleration to attain the optimal bounds in fewer rounds of communication than the state-of-the-art. Finally, with a secure "shuffler" to anonymize silo messages (but without a trusted server), our algorithm attains the optimal central DP rates under more practical trust assumptions. Numerical experiments show favorable privacy-accuracy tradeoffs for our algorithm in classification and regression tasks.


翻译:此文件研究 Flax 学习( FL), 特别是跨 silva FL ), 研究来自不信任服务器或其他服务器的人的数据 。 在此背景下, 每个 SIlo (例如医院) 都有来自不同的人( 如病人) 的数据, 并且必须维护每个人数据的隐私( 如医疗记录 ), 即使服务器或其他 SIlo 充当了对抗性读取者 。 这个要求激励了 Inter- Silo 记录级DP 差异性( ISRL- DP ) 的研究, 而这需要 $ 的通信满足记录级差异的保密性( DP ) 。 IML- DP 保证每个人的数据来自不同的人( 例如病人), 并且必须维护每个人的数据( 例如病人) 的隐私。 中央和用户级 DP 假设人们信任服务器/ 。 在另一端, 当地 i- sloverial 的 交易中, 提供更安全的 I- sloverial 。

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服务器的构成包括处理器、硬盘、内存、系统总线等,和通用的计算机架构类似,但是由于需要提供高可靠的服务,因此在处理能力、稳定性、可靠性、安全性、可扩展性、可管理性等方面要求较高。
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