We study federated learning (FL)--especially cross-silo FL--with non-convex loss functions and data from people who do not trust the server or other silos. In this setting, each silo (e.g. hospital) must protect the privacy of each person's data (e.g. patient's medical record), even if the server or other silos act as adversarial eavesdroppers. To that end, we consider inter-silo record-level (ISRL) differential privacy (DP), which requires silo $i$'s communications to satisfy record/item-level DP. We give novel ISRL-DP algorithms for FL with heterogeneous (non-i.i.d.) silo data and two classes of Lipschitz continuous loss functions: First, we consider losses satisfying the Proximal Polyak-Lojasiewicz (PL) inequality, which is an extension of the classical PL condition to the constrained setting. Prior works only considered unconstrained private optimization with Lipschitz PL loss, which rules out most interesting PL losses such as strongly convex problems and linear/logistic regression. However, by analyzing the proximal PL scenario, we permit these losses and others (e.g. LASSO, some neural nets) which are Lipschitz on a restricted parameter domain. Our algorithms nearly attain the optimal strongly convex, homogeneous (i.i.d.) rate for ISRL-DP FL without assuming convexity or i.i.d. data. Second, we give the first private algorithms for non-convex non-smooth loss functions. Our utility bounds even improve on the state-of-the-art bounds for smooth losses. We complement our upper bounds with lower bounds. Additionally, we provide shuffle DP (SDP) algorithms that improve over the state-of-the-art central DP algorithms under more practical trust assumptions. Numerical experiments show that our algorithm has better accuracy than baselines for most privacy levels.


翻译:我们研究Federal 学习( FL), 特别是跨silor FL, 与非convex 损失函数和不信任服务器或其他筒仓的人提供的数据。 在这种环境下,每个筒仓(例如医院)必须保护每个人数据(例如病人的医疗记录)的隐私,即使服务器或其他筒仓作为对抗性监听器。 至此, 我们考虑Sillo 记录级( ISRL) 差异隐私(DP), 需要 $ 的通信满足记录/ 盘点级别 DP。 我们给FL(non- i. d. 医院) 提供新的 ISL- DP 算法, 并保护每个人数据的隐私( 例如病人的医疗记录) 。 首先, 我们认为 Proximal Policak- Lojasiewicz (PL) 的不平等(这是我们内部约束性功能的延伸。 之前的工作只是考虑与Lipschitz PL损失的不协调的私人优化, 也就是最令人感兴趣的磁带的磁带损失, 等的磁带损失。

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