APFed: Anti-Poisoning Attacks in Privacy-Preserving Heterogeneous Federated Learning

计算机科学 利用 稳健性(进化) 聚类分析 联合学习 对手 分布式计算 计算机安全 信息隐私 水准点(测量) 计算机网络 数据挖掘 人工智能 生物化学 基因 大地测量学 化学 地理
作者
Xiao Chen,Haining Yu,Xiaohua Jia,Xiangzhan Yu
出处
期刊:IEEE Transactions on Information Forensics and Security [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:18: 5749-5761 被引量:14
标识
DOI:10.1109/tifs.2023.3315125
摘要

Federated learning (FL) is an emerging paradigm of privacy-preserving distributed machine learning that effectively deals with the privacy leakage problem by utilizing cryptographic primitives. However, how to prevent poisoning attacks in distributed situations has recently become a major FL concern. Indeed, an adversary can manipulate multiple edge nodes and submit malicious gradients to disturb the global model's availability. Currently, most existing works rely on an Independently Identical Distribution (IID) situation and identify malicious gradients using plaintext. However, we demonstrates that current works cannot handle the data heterogeneity scenario challenges and that publishing unencrypted gradients imposes significant privacy leakage problems. Therefore, we develop APFed, a layered privacy-preserving defense mechanism that significantly mitigates the effects of poisoning attacks in data heterogeneity scenarios. Specifically, we exploit HE as the underlying technique and employ the median coordinate as the benchmark. Subsequently, we propose a secure cosine similarity scheme to identify poisonous gradients, and we innovatively use clustering as part of the defense mechanism and develop a hierarchical aggregation that enhances our scheme's robustness in IID and non-IID scenarios. Extensive evaluations on two benchmark datasets demonstrate that APFed outperforms existing defense strategies while reducing the communication overhead by replacing the expensive remote communication method with inexpensive intra-cluster communication.
最长约 10秒,即可获得该文献文件

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
laoxiaozi完成签到,获得积分10
1秒前
寻雯静应助自然的世平采纳,获得10
2秒前
无情碧灵发布了新的文献求助10
2秒前
5秒前
天气预报员完成签到,获得积分10
5秒前
多面体完成签到,获得积分10
6秒前
YifanWang应助甜蜜黄蜂采纳,获得10
6秒前
7秒前
长情飞丹发布了新的文献求助30
8秒前
8秒前
10秒前
简单的金星完成签到,获得积分10
11秒前
无语的灵凡完成签到,获得积分10
11秒前
啦啦啦啦发布了新的文献求助10
12秒前
Phoebe发布了新的文献求助10
14秒前
Conccuc发布了新的文献求助10
14秒前
yinying发布了新的文献求助30
15秒前
15秒前
Rwang完成签到,获得积分10
17秒前
18秒前
zhangpeng完成签到,获得积分10
18秒前
20秒前
20秒前
22秒前
热心的芝麻完成签到,获得积分10
22秒前
科研通AI2S应助Rwang采纳,获得10
22秒前
惊蛰发布了新的文献求助10
23秒前
Phoebe完成签到,获得积分10
24秒前
24秒前
至乐无乐完成签到 ,获得积分10
25秒前
初景发布了新的文献求助30
25秒前
CH发布了新的文献求助10
26秒前
fan发布了新的文献求助10
27秒前
李健的小迷弟应助yinying采纳,获得30
29秒前
30秒前
大知闲闲应助YML采纳,获得10
30秒前
31秒前
乐Price完成签到,获得积分10
32秒前
32秒前
32秒前
高分求助中
Markov Chain Monte Carlo 10000
(应助此贴封号)【重要!!请各用户(尤其是新用户)详细阅读】【科研通的精品贴汇总】 10000
Common Foundations of American and East Asian Modernisation: From Alexander Hamilton to Junichero Koizumi 5000
Pediatric Dermoscopy Trichoscopy & Onychoscopy 1000
悉尼大学博士学位论文,题目:Modelling and testing of one-sided stitched laminated composites. 作者:Kristopher P. Plain 700
Matrix Methods in Data Mining and Pattern Recognition Second Edition 610
Additive Manufacturing Design and Applications (ASM Handbook, Volume 24A) 500
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 纳米技术 工程类 有机化学 化学工程 生物化学 计算机科学 内科学 物理 复合材料 催化作用 细胞生物学 无机化学 光电子学 物理化学 电极 基因
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 7569835
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 9149839
关于积分的说明 19568496
捐赠科研通 7155455
什么是DOI,文献DOI怎么找? 3263654
关于科研通互助平台的介绍 2429232
邀请新用户注册赠送积分活动 2253769