Asynchronous distributed machine learning solutions have proven very effective so far, but always assuming perfectly functioning workers. In practice, some of the workers can however exhibit Byzantine behavior, caused by hardware failures, software bugs, corrupt data, or even malicious attacks. We introduce \emph{Kardam}, the first distributed asynchronous stochastic gradient descent (SGD) algorithm that copes with Byzantine workers. Kardam consists of two complementary components: a filtering and a dampening component. The first is scalar-based and ensures resilience against $\frac{1}{3}$ Byzantine workers. Essentially, this filter leverages the Lipschitzness of cost functions and acts as a self-stabilizer against Byzantine workers that would attempt to corrupt the progress of SGD. The dampening component bounds the convergence rate by adjusting to stale information through a generic gradient weighting scheme. We prove that Kardam guarantees almost sure convergence in the presence of asynchrony and Byzantine behavior, and we derive its convergence rate. We evaluate Kardam on the CIFAR-100 and EMNIST datasets and measure its overhead with respect to non Byzantine-resilient solutions. We empirically show that Kardam does not introduce additional noise to the learning procedure but does induce a slowdown (the cost of Byzantine resilience) that we both theoretically and empirically show to be less than $f/n$, where $f$ is the number of Byzantine failures tolerated and $n$ the total number of workers. Interestingly, we also empirically observe that the dampening component is interesting in its own right for it enables to build an SGD algorithm that outperforms alternative staleness-aware asynchronous competitors in environments with honest workers.


翻译:自动分发的机器学习解决方案迄今证明非常有效,但总是假设工人运作良好。 实际上,有些工人可以展示拜占庭行为,其原因是硬件故障、软件错误、腐败数据,甚至恶意袭击。 我们引入了首次分发的非同步随机性梯度下降(SGD)算法,与拜占庭工人打交道。 Kardam 由两个互补部分组成: 过滤和抑制部分。 首先是以卡达姆为基点,确保以美元为基点,确保反比占庭工人的复原力。 基本上,这个过滤器利用了成本功能的利普奇茨(Lipschitz),并起到自我稳定的作用,试图腐蚀SGD(SGD)的进展。 抑制部分将趋同率捆绑在一起,通过一个普通的梯度权重权重机制调整信息。 我们证明,卡达姆几乎可以保证在货币紧缩和拜占位公司行为的弹性,确保比美元工人更趋近的韧性。 我们从中得出其成本和比值的比值,我们更接近率。 我们评估了卡尚的磁体的机的机能, 向不更低的演算。

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