In this paper, we address the problem of privacy-preserving training and evaluation of neural networks in an $N$-party, federated learning setting. We propose a novel system, POSEIDON, the first of its kind in the regime of privacy-preserving neural network training. It employs multiparty lattice-based cryptography to preserve the confidentiality of the training data, the model, and the evaluation data, under a passive-adversary model and collusions between up to $N-1$ parties. To efficiently execute the secure backpropagation algorithm for training neural networks, we provide a generic packing approach that enables Single Instruction, Multiple Data (SIMD) operations on encrypted data. We also introduce arbitrary linear transformations within the cryptographic bootstrapping operation, optimizing the costly cryptographic computations over the parties, and we define a constrained optimization problem for choosing the cryptographic parameters. Our experimental results show that POSEIDON achieves accuracy similar to centralized or decentralized non-private approaches and that its computation and communication overhead scales linearly with the number of parties. POSEIDON trains a 3-layer neural network on the MNIST dataset with 784 features and 60K samples distributed among 10 parties in less than 2 hours.


翻译:在本文中,我们处理的是以美元为一方、联邦式学习环境,对神经网络进行隐私保护培训和评估的问题;我们提出一个新的系统POSEIDON,这是隐私保护神经网络培训制度中首个这类系统,POSEIDON是保护隐私神经网络培训机制中的第一个这类系统;它采用多式拉丁拼字加密法,根据被动反向模式和最多达N-1美元缔约方之间的串通,保护培训数据、模型和评价数据的保密性;为了有效地执行培训神经网络的安全背面分析算法,我们提供了一种通用包装方法,使加密数据能够进行单一指示、多重数据(SIMD)操作;我们还在加密导航系统安装操作中引入任意线性线性转换,优化各方费用昂贵的加密计算;我们界定了选择加密参数的有限优化问题;我们的实验结果表明,POSEIDON实现了类似于集中或分散的非私营方法的准确性,其计算和通信头等标准与缔约方数量线性标。 POSIDON在分布的60小时的样品中用不到60KMIS数据设置的3级10的神经网络。

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神经网络(Neural Networks)是世界上三个最古老的神经建模学会的档案期刊:国际神经网络学会(INNS)、欧洲神经网络学会(ENNS)和日本神经网络学会(JNNS)。神经网络提供了一个论坛,以发展和培育一个国际社会的学者和实践者感兴趣的所有方面的神经网络和相关方法的计算智能。神经网络欢迎高质量论文的提交,有助于全面的神经网络研究,从行为和大脑建模,学习算法,通过数学和计算分析,系统的工程和技术应用,大量使用神经网络的概念和技术。这一独特而广泛的范围促进了生物和技术研究之间的思想交流,并有助于促进对生物启发的计算智能感兴趣的跨学科社区的发展。因此,神经网络编委会代表的专家领域包括心理学,神经生物学,计算机科学,工程,数学,物理。该杂志发表文章、信件和评论以及给编辑的信件、社论、时事、软件调查和专利信息。文章发表在五个部分之一:认知科学,神经科学,学习系统,数学和计算分析、工程和应用。 官网地址:http://dblp.uni-trier.de/db/journals/nn/
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