Average consensus is essential for multi-agent systems to achieve specific functions and is widely used in network control, information fusion, etc. In conventional average consensus algorithms, all agents reach an agreement by individual calculations and sharing information with their respective neighbors. Nevertheless, the information interactions that occur in the communication network may make privacy information be revealed. In this paper, we develop a new privacy-preserving average consensus method for unbalanced digraphs. Specifically, we ensure privacy preservation by carefully embedding randomness in mixing weights to confuse communications and introducing an extra auxiliary parameter to mask the state-updated rule in initial several iterations. In parallel, we exploit the intrinsic robustness of consensus dynamics to guarantee that the average consensus is precisely achieved. Theoretical results demonstrate that the designed algorithms can converge linearly to the exact average consensus value and can guarantee privacy preservation of agents against both honest-but-curious and eavesdropping attacks. The designed algorithms are fundamentally different compared to differential privacy based algorithms that enable privacy preservation via sacrificing consensus performance. Finally, numerical experiments validate the correctness of the theoretical findings.


翻译:平均一致性对于多智能体系统实现特定功能是必要的,并且在网络控制、信息融合等方面被广泛应用。在传统的平均一致性算法中,所有智能体通过各自的计算和与相邻智能体共享信息达成一致。然而,通信网络中发生的信息交互可能会暴露隐私信息。在本文中,我们针对不平衡有向图开发了一种新的保护隐私的平均一致性方法。具体而言,我们通过在混合权重中谨慎地嵌入随机性以混淆通信,并在前几次迭代中引入额外的辅助参数来掩盖状态更新规则以确保隐私保护。同时,我们利用一致性动态的固有鲁棒性来保证精确实现平均一致性。理论结果表明,所设计的算法可以线性收敛到精确的平均一致性值,并且可以保证智能体在面对善意但好奇和窃听攻击时隐私得到保护。所设计的算法与基于差分隐私的算法根本不同,后者通过牺牲一致性性能来实现隐私保护。最后,数值实验验证了理论结果的正确性。

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