Small on-device models have been successfully trained with user-level differential privacy (DP) for next word prediction and image classification tasks in the past. However, existing methods can fail when directly applied to learn embedding models using supervised training data with a large class space. To achieve user-level DP for large image-to-embedding feature extractors, we propose DP-FedEmb, a variant of federated learning algorithms with per-user sensitivity control and noise addition, to train from user-partitioned data centralized in the datacenter. DP-FedEmb combines virtual clients, partial aggregation, private local fine-tuning, and public pretraining to achieve strong privacy utility trade-offs. We apply DP-FedEmb to train image embedding models for faces, landmarks and natural species, and demonstrate its superior utility under same privacy budget on benchmark datasets DigiFace, EMNIST, GLD and iNaturalist. We further illustrate it is possible to achieve strong user-level DP guarantees of $\epsilon<4$ while controlling the utility drop within 5%, when millions of users can participate in training.


翻译:过去已成功地使用用户级差分隐私(DP)在设备上训练小型模型,用于下一个单词预测和图像分类任务。然而,当直接应用现有方法使用大型类空间的监督训练数据学习嵌入模型时,现有方法可能会失败。为了实现用于大型图像到嵌入特征提取器的用户级DP,我们提出了DP-FedEmb,这是一种变种联邦学习算法,具有每个用户灵敏度控制和噪声添加,用于从中央数据中心的用户分区数据进行训练。DP-FedEmb通过虚拟客户端、部分聚合、私有本地微调和公共预训练相结合,实现了强隐私效用权衡。我们将DP-FedEmb应用于训练面部、地标和自然物种的图像嵌入模型,并证明了在基准数据集DigiFace、EMNIST、GLD和iNaturalist上,在相同的隐私预算下具有优越的效用。我们进一步说明,当数百万用户参与培训时,可以实现强用户级DP保证$\epsilon<4$,同时将实用程序下降控制在5%以内。

0
下载
关闭预览

相关内容

【2022新书】高效深度学习,Efficient Deep Learning Book
专知会员服务
118+阅读 · 2022年4月21日
【google】监督对比学习,Supervised Contrastive Learning
专知会员服务
31+阅读 · 2020年4月23日
一文了解prompt learning在计算机视觉领域进展
极市平台
7+阅读 · 2022年11月11日
DeepMind开源最牛无监督学习BigBiGAN预训练模型
新智元
10+阅读 · 2019年10月10日
RoBERTa中文预训练模型:RoBERTa for Chinese
PaperWeekly
57+阅读 · 2019年9月16日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
28+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
17+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
42+阅读 · 2019年1月3日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
8+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2009年12月31日
Arxiv
0+阅读 · 2023年5月21日
Arxiv
0+阅读 · 2023年5月19日
Arxiv
10+阅读 · 2021年3月30日
VIP会员
相关基金
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
8+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2009年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员