We present backpropagation clipping, a novel variant of differentially private stochastic gradient descent (DP-SGD) for privacy-preserving deep learning. Our approach clips each trainable layer's inputs (during the forward pass) and its upstream gradients (during the backward pass) to ensure bounded global sensitivity for the layer's gradient; this combination replaces the gradient clipping step in existing DP-SGD variants. Our approach is simple to implement in existing deep learning frameworks. The results of our empirical evaluation demonstrate that backpropagation clipping provides higher accuracy at lower values for the privacy parameter $\epsilon$ compared to previous work. We achieve 98.7% accuracy for MNIST with $\epsilon = 0.07$ and 74% accuracy for CIFAR-10 with $\epsilon = 3.64$.


翻译:我们提出反向调整剪切,这是用于隐私保护深层学习的一种新型的、有差异的私人随机梯度下行(DP-SGD)的新变种。我们的方法剪切了每个可训练层的投入(在前传期间)及其上游梯度(在后传期间),以确保该层梯度的全球敏感度;这一组合取代了现有的DP-SGD变量中的梯度剪切步骤。我们的方法很简单,可以在现有的深层学习框架中实施。我们的经验性评估结果表明,与以前的工作相比,后传剪切为隐私参数提供了更低的精度($-epslon$ ) 。我们实现了MNIST98.7%的精度, $=0.07美元, CIFAR-10的精度为74%, $-epslon=3.64美元。

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反向传播一词严格来说仅指用于计算梯度的算法,而不是指如何使用梯度。但是该术语通常被宽松地指整个学习算法,包括如何使用梯度,例如通过随机梯度下降。反向传播将增量计算概括为增量规则中的增量规则,该规则是反向传播的单层版本,然后通过自动微分进行广义化,其中反向传播是反向累积(或“反向模式”)的特例。 在机器学习中,反向传播(backprop)是一种广泛用于训练前馈神经网络以进行监督学习的算法。对于其他人工神经网络(ANN)都存在反向传播的一般化–一类算法,通常称为“反向传播”。反向传播算法的工作原理是,通过链规则计算损失函数相对于每个权重的梯度,一次计算一层,从最后一层开始向后迭代,以避免链规则中中间项的冗余计算。
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