Federated Learning (FL) has gained widespread popularity in recent years due to the fast booming of advanced machine learning and artificial intelligence along with emerging security and privacy threats. FL enables efficient model generation from local data storage of the edge devices without revealing the sensitive data to any entities. While this paradigm partly mitigates the privacy issues of users' sensitive data, the performance of the FL process can be threatened and reached a bottleneck due to the growing cyber threats and privacy violation techniques. To expedite the proliferation of FL process, the integration of blockchain for FL environments has drawn prolific attention from the people of academia and industry. Blockchain has the potential to prevent security and privacy threats with its decentralization, immutability, consensus, and transparency characteristic. However, if the blockchain mechanism requires costly computational resources, then the resource-constrained FL clients cannot be involved in the training. Considering that, this survey focuses on reviewing the challenges, solutions, and future directions for the successful deployment of blockchain in resource-constrained FL environments. We comprehensively review variant blockchain mechanisms that are suitable for FL process and discuss their trade-offs for a limited resource budget. Further, we extensively analyze the cyber threats that could be observed in a resource-constrained FL environment, and how blockchain can play a key role to block those cyber attacks. To this end, we highlight some potential solutions towards the coupling of blockchain and federated learning that can offer high levels of reliability, data privacy, and distributed computing performance.


翻译:联邦学习(FL)由于先进的机器学习和人工智能的快速发展以及新兴的安全和隐私威胁而广受欢迎。FL使得在本地设备的数据存储中进行有效的模型生成,而不会向任何实体泄露敏感的数据。虽然这种范例在一定程度上缓解了用户敏感数据的隐私问题,但FL过程的性能可能会受到日益增长的网络威胁和隐私侵犯技术的威胁而达到瓶颈。为了加速FL范式的传播,区块链在FL环境中的集成已经引起了学术界和业界人士的广泛关注。区块链具有去中心化、不可变性、共识和透明度等特性,可以防止安全和隐私威胁。然而,如果区块链机制需要昂贵的计算资源,那么资源受限的FL客户端就无法参与到训练中。基于此,该调查重点研究了在资源受限的FL环境下,用区块链成功部署的挑战、解决方案和未来方向等问题。我们全面审查了适用于FL过程的各种区块链机制,并讨论它们在有限的资源预算下的权衡。此外,我们广泛分析了可能在资源受限的FL环境中观察到的网络威胁以及区块链如何在其中发挥关键作用以阻止这些网络攻击。为此,我们强调了一些潜在的解决方案,以实现区块链和联邦学习的耦合,以提供高可靠性、数据隐私和分布式计算性能。

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