Towards Robust Differential Privacy in Adaptive Federated Learning Architectures

差别隐私 计算机科学 信息隐私 计算机安全 数据挖掘
作者
Zhichen Han,Xu Canyang,Zhen Wang,Changyin Sun
出处
期刊:IEEE Transactions on Consumer Electronics [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:: 1-1
标识
DOI:10.1109/tce.2024.3525084
摘要

The essential issues of data silos and user privacy leakage could be relaxed substantially by the development of the federated learning (FL) architecture. In a collaborative multi-user modeling situation, malicious attackers could still use user gradient information to infer the danger of user privacy. To mitigate the issue of privacy leakage, differential privacy (DP) mechanism is integrated into the federated learning framework to assess privacy loss and introduce noise to the local model parameters of users. In addition, in order to minimize information leakage and provide better noise rejection, Rényi differential privacy (RDP) is introduced as a privacy metric, which improves the balance between model privacy and utility. Owing to the unknown target model and limited communication cost resources, a client-based adaptive learning algorithm is developed in which each local model parameter is adaptively updated during local iterations to accelerate model convergence and avoid model overfitting. The experimental results reveal that the client-based adaptive federation learning model in this paper outperforms the classic model at a fixed communication cost, is more robust to noise resistance and variable hyperparameter settings, and provides more accurate privacy protection during transmission.
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