Secure and decentralized federated learning framework with non-IID data based on blockchain

MNIST数据库 块链 联合学习 计算机科学 数据共享 数据建模 人工智能 机器学习 数据挖掘 深度学习 数据库 计算机安全 医学 病理 替代医学
作者
Feng Zhang,Jing Wang,Shan Ji,Zhaoyang Han
出处
期刊:Heliyon [Elsevier]
卷期号:10 (5): e27176-e27176 被引量:1
标识
DOI:10.1016/j.heliyon.2024.e27176
摘要

Federated learning enables the collaborative training of machine learning models across multiple organizations, eliminating the need for sharing sensitive data. Nevertheless, in practice, the data distributions among these organizations are often non-independent and identically distributed (non-IID), which poses significant challenges for traditional federated learning. To tackle this challenge, we present a hierarchical federated learning framework based on blockchain technology, which is designed to enhance the training of non-IID data., protect data privacy and security, and improve federated learning performance. The framework builds a global shared pool by constructing a blockchain system to reduce the non-IID degree of local data and improve model accuracy. In addition, we use smart contracts to distribute and collect models and design a main blockchain to store local models for federated aggregation, achieving decentralized federated learning. We train the MLP model on the MNIST dataset and the CNN model on the Fashion-MNIST and CIFAR-10 datasets to verify its feasibility and effectiveness. The experimental results show that the proposed strategy significantly improves the accuracy of decentralized federated learning on three tasks with non-IID data.

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