Federated learning is gaining popularity as it enables training of high-utility models across several clients without directly sharing their private data. As a downside, the federated setting makes the model vulnerable to various adversarial attacks in the presence of malicious clients. Specifically, an adversary can perform backdoor attacks to control model predictions via poisoning the training dataset with a trigger. In this work, we propose a mitigation for backdoor attacks in a federated learning setup. Our solution forces the model optimization trajectory to focus on the invariant directions that are generally useful for utility and avoid selecting directions that favor few and possibly malicious clients. Concretely, we consider the sign consistency of the pseudo-gradient (the client update) as an estimation of the invariance. Following this, our approach performs dimension-wise filtering to remove pseudo-gradient elements with low sign consistency. Then, a robust mean estimator eliminates outliers among the remaining dimensions. Our theoretical analysis further shows the necessity of the defense combination and illustrates how our proposed solution defends the federated learning model. Empirical results on three datasets with different modalities and varying number of clients show that our approach mitigates backdoor attacks with a negligible cost on the model utility.


翻译:联邦学习越来越受欢迎,因为它有助于在不直接分享私人数据的情况下对多个客户进行高实用模型的培训。 作为下坡,联邦环境使模型在恶意客户面前很容易受到各种对抗性攻击。 具体地说, 对手可以用触发器对培训数据集下毒毒, 来控制模型预测。 在这项工作中, 我们提议在联合学习的设置中减少后门攻击。 我们的解决方案迫使模型优化轨迹聚焦于通常对实用性有帮助的逆差方向, 避免选择有利于少数可能恶意客户的方向。 具体地说, 我们认为伪升级( 客户更新) 的标志一致性是变量的估计。 之后, 我们的方法会进行维度的过滤, 以低信号一致性的方式清除伪升级元素。 然后, 强势的中值估计器可以消除剩余维度的外线。 我们的理论分析进一步表明防御组合的必要性, 并表明我们提出的解决方案如何捍卫联邦学习模型。 三个数据设置模型( 客户更新) 的标志性结果以不同的方式和不同数量的公用率的客户的后门攻击, 显示我们可降低成本。

0
下载
关闭预览

相关内容

ACM/IEEE第23届模型驱动工程语言和系统国际会议,是模型驱动软件和系统工程的首要会议系列,由ACM-SIGSOFT和IEEE-TCSE支持组织。自1998年以来,模型涵盖了建模的各个方面,从语言和方法到工具和应用程序。模特的参加者来自不同的背景,包括研究人员、学者、工程师和工业专业人士。MODELS 2019是一个论坛,参与者可以围绕建模和模型驱动的软件和系统交流前沿研究成果和创新实践经验。今年的版本将为建模社区提供进一步推进建模基础的机会,并在网络物理系统、嵌入式系统、社会技术系统、云计算、大数据、机器学习、安全、开源等新兴领域提出建模的创新应用以及可持续性。 官网链接:http://www.modelsconference.org/
不可错过!700+ppt《因果推理》课程!杜克大学Fan Li教程
专知会员服务
69+阅读 · 2022年7月11日
不可错过!《机器学习100讲》课程,UBC Mark Schmidt讲授
专知会员服务
73+阅读 · 2022年6月28日
专知会员服务
161+阅读 · 2020年1月16日
强化学习最新教程,17页pdf
专知会员服务
174+阅读 · 2019年10月11日
机器学习入门的经验与建议
专知会员服务
92+阅读 · 2019年10月10日
VCIP 2022 Call for Demos
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年6月6日
IEEE TII Call For Papers
CCF多媒体专委会
3+阅读 · 2022年3月24日
【ICIG2021】Check out the hot new trailer of ICIG2021 Symposium7
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年11月15日
【ICIG2021】Check out the hot new trailer of ICIG2021 Symposium1
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年11月3日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
26+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
28+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
17+阅读 · 2019年1月7日
无监督元学习表示学习
CreateAMind
27+阅读 · 2019年1月4日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
42+阅读 · 2019年1月3日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
Arxiv
0+阅读 · 2022年11月8日
Arxiv
0+阅读 · 2022年11月7日
Arxiv
14+阅读 · 2020年12月17日
VIP会员
相关VIP内容
相关资讯
VCIP 2022 Call for Demos
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年6月6日
IEEE TII Call For Papers
CCF多媒体专委会
3+阅读 · 2022年3月24日
【ICIG2021】Check out the hot new trailer of ICIG2021 Symposium7
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年11月15日
【ICIG2021】Check out the hot new trailer of ICIG2021 Symposium1
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年11月3日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
26+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
28+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
17+阅读 · 2019年1月7日
无监督元学习表示学习
CreateAMind
27+阅读 · 2019年1月4日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
42+阅读 · 2019年1月3日
相关基金
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员