Federated Learning (FL) is a nascent privacy-preserving learning framework under which the local data of participating clients is kept locally throughout model training. Scarce communication resources and data heterogeneity are two defining characteristics of FL. Besides, a FL system is often implemented in a harsh environment -- leaving the clients vulnerable to Byzantine attacks. To the best of our knowledge, no gradient compressors simultaneously achieve quantitative Byzantine resilience and privacy preservation. In this paper, we fill this gap via revisiting the stochastic sign SGD \cite{jin 2020}. We propose $\beta$-stochastic sign SGD, which contains a gradient compressor that encodes a client's gradient information in sign bits subject to the privacy budget $\beta>0$. We show that as long as $\beta>0$, $\beta$-stochastic sign SGD converges in the presence of partial client participation and mobile Byzantine faults, showing that it achieves quantifiable Byzantine-resilience and differential privacy simultaneously. In sharp contrast, when $\beta=0$, the compressor is not differentially private. Notably, for the special case when each of the stochastic gradients involved is bounded with known bounds, our gradient compressor with $\beta=0$ coincides with the compressor proposed in \cite{jin 2020}. As a byproduct, we show that when the clients report sign messages, the popular information aggregation rules simple mean, trimmed mean, median and majority vote are identical in terms of the output signs. Our theories are corroborated by experiments on MNIST and CIFAR-10 datasets.


翻译:联邦学习联合会(FL)是一个新生的隐私保护学习框架,参与客户的本地数据在整个模式培训中保存在本地。缺少通信资源和数据差异是FL的两个定义性特征。此外,FL系统往往在严酷的环境中实施,使得客户易受拜占廷袭击。据我们所知,没有梯度压缩机同时实现数量化的拜占廷复原力和隐私保护。在本文中,我们通过重新审视SGDssstchatiste sGD{cite{cite{cite{2020}来填补这一差距。我们提议$beta$-stochetistic sign sGD0 sGDs 。SGD包含一个梯度缩缩缩微缩缩缩缩缩缩缩缩缩缩缩缩缩缩缩缩缩缩缩缩缩缩缩缩缩缩缩缩缩缩缩缩缩缩缩略图,但隐私预算 $\beta>Beta>0。我们显示只要$=0, $eteta-to checks streal rudeal rudeal lades the the ex ex exal deal deal lider is ex ex lider listerlder ex ex lade the the listal lister lister lide lide lide lide list list lider likede lide ex ex lide ex liders lide lider liders lide lide lide lide, lide lide lide liders, lide lide lide lide se lide lide se se se lide se se se se se se se se se se se se lical se, lical se lical se se se se se se se, se se se se se se se,只要美元,只要美元代表,只要美元,只要美元,美元基缩缩缩缩缩缩缩缩缩缩缩缩缩缩缩缩缩缩缩缩

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