Byzantine-robust Federated Learning (FL) aims to counter malicious clients and to train an accurate global model while maintaining an extremely low attack success rate. Most of the existing systems, however, are only robust in honest/semi-honest majority settings. FLTrust (NDSS '21) extends the context to the malicious majority for clients but with a strong restriction that the server should be provided with an auxiliary dataset before training in order to filter malicious inputs. Private FLAME/FLGUARD (USENIX '22) gives a solution to guarantee both robustness and updates confidentiality in the semi-honest majority context. It is so far impossible to balance the trade-off among malicious context, robustness, and updates confidentiality. To tackle this problem, we propose a novel Byzantine-robust and privacy-preserving FL system, called BRIEF, to capture malicious minority and majority for server and client sides. Specifically, based on the DBSCAN algorithm, we design a new method for clustering via pairwise adjusted cosine similarity to boost the accuracy of the clustering results. To thwart attacks of malicious majority, we develop an algorithm called Model Segmentation, where local updates in the same cluster are aggregated together, and the aggregations are sent back to corresponding clients correctly. We also leverage multiple cryptographic tools to conduct clustering tasks without sacrificing training correctness and updates confidentiality. We present detailed security proof and empirical evaluation along with convergence analysis for BRIEF. The experimental results demonstrate that the testing accuracy of BRIEF is practically close to the FL baseline (0.8% gap on average). At the same time, the attack success rate is around 0%-5%. We further optimize our design so that the communication overhead and runtime can be decreased by {67%-89.17% and 66.05%-68.75%}, respectively.


翻译:私家FLAME/FLGARRD (USENIX'22) 旨在对抗恶意客户并培训准确的全球模型,同时保持极低的攻击成功率。然而,大多数现有系统在诚实/半诚实多数情况下都只能保持稳健。FLTRust (NDSS'21) 将背景扩展至恶意多数客户,但严格限制服务器在培训前应获得辅助数据集,以过滤恶意输入。私人 FLAME/FLGURARD (USENIX'22) 提供了一种解决方案,以保证在半诚实多数情况下的稳健性并更新保密性。但是,迄今为止,在恶意环境、稳健以及更新保密性多数情况下,大多数现有系统都不可能实现平衡。为了解决这个问题,我们建议采用全新的 BYZ-ROBB 和保密性FL系统, 以获取恶意的少数和多数服务器和客户方。具体地说,我们根据DBSCAN算法设计了一个新的方法,通过对正对等调整的组合组合组合组合来提高本地组合结果的准确性。在恶意多数情况下,我们用直截断地更新了对等的逻辑上,我们用BRADLLLULLL值更新了BLLLUD 。我们用模型来进行模拟的计算, 。我们用模型的BLULVDLAFDLLVD 。在模拟的计算到B的计算。我们算的计算,我们用的是,我们用模型的计算,用模型的递算的递算到的计算法的递算的递算式的递算的递算的递算的B。

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