CoPiFL: A collusion-resistant and privacy-preserving federated learning crowdsourcing scheme using blockchain and homomorphic encryption

同态加密 块链 计算机科学 共谋 众包 方案(数学) 计算机安全 加密 理论计算机科学 万维网 业务 数学分析 数学 产业组织
作者
Ruoting Xiong,Wei Ren,Shenghui Zhao,Jie He,Yi Ren,Kim‐Kwang Raymond Choo,Geyong Min
出处
期刊:Future Generation Computer Systems [Elsevier BV]
卷期号:156: 95-104 被引量:10
标识
DOI:10.1016/j.future.2024.03.016
摘要

Federated learning (FL) is one of many tasks facilitated by crowdsourcing. Generally in such a setting, participating workers cooperate to train a comprehensive model by exchanging the trained parameters. While blockchain-based crowdsourcing approaches offer advantages such as data integrity and tamper-proof properties, platform designers must also address potential risks such as data leakage, de-anonymization, and collusion attacks. In this paper, we propose a collusion-resistant and privacy-protected FL crowdsourcing scheme implemented by smart contracts. Our proposed scheme supports fair reward distribution in FL, as well as ensuring data privacy and user privacy using homomorphic encryption and pseudo-identity techniques. The evaluation results show that the time cost and gas consumption of the proposed scheme are realistic in practice. Furthermore, we conduct a comparative evaluation of single worker and multi-workers (crowdsourcing) approaches using Alexnet, Resnet and VGG models, showing that FL with greedy mechanism can significantly accelerate the model training without compromising models' accuracy. Finally, we present a comprehensive security analysis of the proposed approach.
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