ExPLoit: Extracting Private Labels in Split Learning

利用 计算机科学 机器学习 人工智能 对抗制 正规化(语言学) 二元分类 深度学习 匹配(统计) 钥匙(锁) 任务(项目管理) 数据挖掘 计算机安全 统计 数学 管理 支持向量机 经济
作者
Sanjay Kariyappa,Moinuddin K. Qureshi
标识
DOI:10.1109/satml54575.2023.00020
摘要

Split learning is a popular technique used to perform vertical federated learning, where the goal is to jointly train a model on the private input and label data held by two parties. To preserve privacy of the input and label data, this technique uses a split model trained end-to-end, by exchanging the intermediate representations (IR) of the inputs and gradients of the IR between the two parties. We propose ExPLoit - a label-leakage attack that allows an adversarial input-owner to extract the private labels of the label-owner during split-learning. ExPLoit frames the attack as a supervised learning problem by using a novel loss function that combines gradient-matching and several regularization terms developed using key properties of the dataset and models. Our evaluations on a binary conversion prediction task and several multi-class image classification tasks show that ExPLoit can uncover the private labels with near-perfect accuracy of up to 99.53%, demonstrating that split learning provides negligible privacy benefits to the label owner. Furthermore, we evaluate the use of gradient noise as a defense and show that the protection against our attack comes at the cost of a significant loss in model utility. Our findings underscore the need for better privacy-preserving training techniques for vertically split data.

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