A key feature of federated learning (FL) is to preserve the data privacy of end users. However, there still exist potential privacy leakage in exchanging gradients under FL. As a result, recent research often explores the differential privacy (DP) approaches to add noises to the computing results to address privacy concerns with low overheads, which however degrade the model performance. In this paper, we strike the balance of data privacy and efficiency by utilizing the pervasive social connections between users. Specifically, we propose SCFL, a novel Social-aware Clustered Federated Learning scheme, where mutually trusted individuals can freely form a social cluster and aggregate their raw model updates (e.g., gradients) inside each cluster before uploading to the cloud for global aggregation. By mixing model updates in a social group, adversaries can only eavesdrop the social-layer combined results, but not the privacy of individuals. We unfold the design of SCFL in three steps. \emph{i) Stable social cluster formation. Considering users' heterogeneous training samples and data distributions, we formulate the optimal social cluster formation problem as a federation game and devise a fair revenue allocation mechanism to resist free-riders. ii) Differentiated trust-privacy mapping}. For the clusters with low mutual trust, we design a customizable privacy preservation mechanism to adaptively sanitize participants' model updates depending on social trust degrees. iii) Distributed convergence}. A distributed two-sided matching algorithm is devised to attain an optimized disjoint partition with Nash-stable convergence. Experiments on Facebook network and MNIST/CIFAR-10 datasets validate that our SCFL can effectively enhance learning utility, improve user payoff, and enforce customizable privacy protection.


翻译:联盟式学习(FL)的关键特征是保护终端用户的数据隐私。然而,在FL下交换梯度时,仍然存在着潜在的隐私渗漏。因此,最近的研究经常探索不同隐私(DP)方法,在计算结果中增加噪音,以解决低管理费的隐私关切,但降低模型性能。在本文中,我们通过利用用户之间普遍存在的社会联系来平衡数据隐私和效率。具体地,我们提议SSCFL,这是一个新的社会觉悟混合的离轨混合联邦学习计划,在这个计划中,相互信任的个人可以自由组成一个社会群集,在将原始模型更新(例如,梯度)后再上传到云层供全球汇总。通过将模型更新与低管理者混在一起,只能降低社会层面的综合结果,而不是个人隐私。我们用三步推出SCFLFL的设计。 efl(empleph{i) 模式社会集群形成。考虑到用户的混合培训样本和数据分销,我们把最佳社会集群形成的问题作为联邦游戏,并设计一个公平收入分配机制,我们用自由的客户级学习。

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