Introducing blockchain into Federated Learning (FL) to build a trusted edge computing environment for transmission and learning has become a new decentralized learning pattern, which has received extensive attention. However, the traditional consensus mechanism and architecture of blockchain systems can hardly handle the large-scale FL task and run on IoT devices due to the huge resource consumption, limited transaction throughput, and high communication complexity. To address these issues, this paper proposes a two-layer blockchain-driven FL system, called ChainFL, which splits the IoT network into multiple shards as the subchain layer to limit the scale of information exchange, and adopts a Direct Acyclic Graph (DAG)-based mainchain as the mainchain layer to achieve parallel and asynchronous cross-shard validation. Furthermore, the FL procedure is customized to deeply integrate with blockchain technology, and the modified DAG consensus mechanism is proposed to mitigate the distortion caused by abnormal models. To provide a proof-of-concept implementation and evaluation, multiple subchains based on Hyperledger Fabric and the self-developed DAG-based mainchain are deployed. The extensive experimental results demonstrated that our proposed ChainFL system outperforms the existing main FL systems in terms of acceptable and fast training efficiency (by up to 14%) and stronger robustness (by up to three times).


翻译:为解决这些问题,本文件建议采用双层链式链路系统,称为链式链路系统,将IOT网络分为多个碎片,作为子链层,以限制信息交流的规模,并采用基于直接循环图(DAG)的主链,作为主链层,以实现平行和不同步的跨硬体验证;此外,由于资源消耗巨大,交易量有限,且通信复杂,因此传统共识机制和结构很难处理大型FL任务,在IOT设备上运行;为了解决这些问题,本文件提议采用一个双层链式链路系统,称为链式链路,将IOT网络分为多个碎片,作为分链路,作为分层,以限制信息交流的规模,并采用基于直接循环图(DAG)的主链,作为主链路段,实现平行和不同步的跨硬体验证;此外,FL程序是定制的,以深入融入链路技术,并提议修改DAG共识机制,以缓解异常模式造成的扭曲现象;为了提供检测和评价证据,基于超升式的FAG和自开发的DAG主链路段的多条,采用直接的链路段,以达到可接受的主要链路段。 广泛试验结果显示,现有14级系统以可接受的FLFLFlFFFFFFFFFFFFFFFFFFF格式的快速系统的现有快速系统的现有系统现有13格式的可靠、快速系统,以可接受。

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