Federated learning enables mutually distrusting participants to collaboratively learn a distributed machine learning model without revealing anything but the model's output. Generic federated learning has been studied extensively, and several learning protocols, as well as open-source frameworks, have been developed. Yet, their over pursuit of computing efficiency and fast implementation might diminish the security and privacy guarantees of participant's training data, about which little is known thus far. In this paper, we consider an honest-but-curious adversary who participants in training a distributed ML model, does not deviate from the defined learning protocol, but attempts to infer private training data from the legitimately received information. In this setting, we design and implement two practical attacks, reverse sum attack and reverse multiplication attack, neither of which will affect the accuracy of the learned model. By empirically studying the privacy leakage of two learning protocols, we show that our attacks are (1) effective - the adversary successfully steal the private training data, even when the intermediate outputs are encrypted to protect data privacy; (2) evasive - the adversary's malicious behavior does not deviate from the protocol specification and deteriorate any accuracy of the target model; and (3) easy - the adversary needs little prior knowledge about the data distribution of the target participant. We also experimentally show that the leaked information is as effective as the raw training data through training an alternative classifier on the leaked information. We further discuss potential countermeasures and their challenges, which we hope may lead to several promising research directions.


翻译:联邦学习使互不信任的参与者能够合作学习分布式机器学习模式,但除了模型的产出外,别无其他任何东西。 已经广泛研究了通用联合学习,并开发了几个学习协议和开放源框架。然而,他们过分追求计算效率和快速执行,可能会降低参与者培训数据的安全和隐私保障,而迄今为止对这些数据所知甚少。 在本文中,我们认为,一个诚实但但充满怀疑的对手,即培训分布式ML模型的参与者不会偏离定义的学习协议,而是试图从合法收到的信息中推断私人培训数据。在这个设置中,我们设计并实施了两种实际攻击、反和反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反。通过对反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反。通过对反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反。通过研究,对反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反的反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反。反反反反反反反反反反反反反反反反反反。通过对,反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反反

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