基于秘密共享的隐私保护联邦学习高效安全聚合方案

作     者：金旋 姚远志 俞能海 Xuan Jin;Yuanzhi Yao;Nenghai Yu

作者机构：中国科学技术大学网络空间安全学院安徽合肥230027 合肥工业大学计算机与信息学院安徽合肥230601 

基　　金：supported by the National Key Research and Development Program of China (2018YFB0804102) the National Natural Science Foundation of China (61802357) the Fundamental Research Funds for the Central Universities(WK3480000009) the Scientific Research Startup Funds of the Hefei University of Technology (13020-03712022064) 

出 版 物：《中国科学技术大学学报》 (JUSTC)

年 卷 期：2024年第54卷第1期

页      码：31-45,30,I0002页

摘      要：联邦学习使得多个移动参与者在不透露其本地隐私数据的情况下联合训练全局模型。通信计算代价和隐私保护性能是联邦学习的关键基础问题。现有的基于秘密共享的联邦学习安全聚合机制仍然存在引入显著额外计算代价、隐私保护性能不足和应对参与者掉线能力脆弱等问题。本文致力于通过引入灵活高效的秘密共享机制解决上述问题。本文提出了两种新颖的隐私保护联邦学习方案,分别是基于单向秘密共享的联邦学习(FLOSS)和基于多发秘密共享的联邦学习(FLMSS)。与当前的相关工作相比,FLOSS通过动态设计秘密共享的内容和对象,在显著降低通信代价的同时保证高强度的隐私保护性能。FLMSS进一步降低额外计算代价并且能够提高联邦学习应对参与者掉线的鲁棒性,从而在隐私保护和通信计算代价之间取得令人满意的平衡。安全性分析和基于真实数据集的性能评估证明了本文提出的方案在模型准确度、隐私保护性能和通信计算代价方面的优势。

主 题 词：联邦学习 隐私保护 秘密共享 安全聚合 

学科分类：08[工学] 0839[0839] 081201[081201] 0812[工学-测绘类] 

D　O　I：10.52396/JUSTC-2022-0116

馆 藏 号：203126693...