The decentralized nature of federated learning, that often leverages the power of edge devices, makes it vulnerable to attacks against privacy and security. The privacy risk for a peer is that the model update she computes on her private data may, when sent to the model manager, leak information on those private data. Even more obvious are security attacks, whereby one or several malicious peers return wrong model updates in order to disrupt the learning process and lead to a wrong model being learned. In this paper we build a federated learning framework that offers privacy to the participating peers as well as security against Byzantine and poisoning attacks. Our framework consists of several protocols that provide strong privacy to the participating peers via unlinkable anonymity and that are rationally sustainable based on the co-utility property. In other words, no rational party is interested in deviating from the proposed protocols. We leverage the notion of co-utility to build a decentralized co-utile reputation management system that provides incentives for parties to adhere to the protocols. Unlike privacy protection via differential privacy, our approach preserves the values of model updates and hence the accuracy of plain federated learning; unlike privacy protection via update aggregation, our approach preserves the ability to detect bad model updates while substantially reducing the computational overhead compared to methods based on homomorphic encryption.


翻译:联合会学习的分散性质往往会利用边际装置的力量,使得它容易受到侵犯隐私和安全的攻击。对同侪的隐私风险是,她根据私人数据计算出的模型更新可能泄露私人数据的信息。更明显的是安全攻击,其中一名或数名恶意同侪退回错误的模型更新,以打乱学习过程并导致错误的学习模式。在本文件中,我们建立了一个联合学习框架,为参与的同侪提供隐私以及针对拜占庭和毒害攻击的保障。我们的框架由若干协议组成,这些协议通过无法连接的匿名方式为参与的同侪提供强有力的隐私,并且根据共同使用财产的合理可持续性。换句话说,没有任何理性的方面有兴趣偏离拟议的协议。我们利用共同使用的概念来建立一个分散使用的共同声誉管理系统,为各方遵守协议提供激励。不同于通过差异隐私权保护隐私,我们的方法维护了模式更新的价值,从而维护了简单化的联邦学习的准确性;与通过更新我们的保密能力相比,我们通过更新了基础的升级来大大降低隐私保护,同时更新了我们基于错误的加密方法。

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ACM/IEEE第23届模型驱动工程语言和系统国际会议,是模型驱动软件和系统工程的首要会议系列,由ACM-SIGSOFT和IEEE-TCSE支持组织。自1998年以来,模型涵盖了建模的各个方面,从语言和方法到工具和应用程序。模特的参加者来自不同的背景,包括研究人员、学者、工程师和工业专业人士。MODELS 2019是一个论坛,参与者可以围绕建模和模型驱动的软件和系统交流前沿研究成果和创新实践经验。今年的版本将为建模社区提供进一步推进建模基础的机会,并在网络物理系统、嵌入式系统、社会技术系统、云计算、大数据、机器学习、安全、开源等新兴领域提出建模的创新应用以及可持续性。 官网链接:http://www.modelsconference.org/
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