Federated Learning with Sparsified Model Perturbation: Improving Accuracy under Client-Level Differential Privacy

差别隐私 计算机科学 联合学习 GSM演进的增强数据速率 人工智能 方案(数学) 边缘设备 信息隐私 机器学习 算法 计算机安全 数学 云计算 数学分析 操作系统
作者
Rui Hu,Yan Gong,Yuanxiong Guo
出处
期刊:Cornell University - arXiv 被引量:5
标识
DOI:10.48550/arxiv.2202.07178
摘要

Federated learning (FL) that enables edge devices to collaboratively learn a shared model while keeping their training data locally has received great attention recently and can protect privacy in comparison with the traditional centralized learning paradigm. However, sensitive information about the training data can still be inferred from model parameters shared in FL. Differential privacy (DP) is the state-of-the-art technique to defend against those attacks. The key challenge to achieving DP in FL lies in the adverse impact of DP noise on model accuracy, particularly for deep learning models with large numbers of parameters. This paper develops a novel differentially-private FL scheme named Fed-SMP that provides a client-level DP guarantee while maintaining high model accuracy. To mitigate the impact of privacy protection on model accuracy, Fed-SMP leverages a new technique called Sparsified Model Perturbation (SMP) where local models are sparsified first before being perturbed by Gaussian noise. We provide a tight end-to-end privacy analysis for Fed-SMP using Renyi DP and prove the convergence of Fed-SMP with both unbiased and biased sparsifications. Extensive experiments on real-world datasets are conducted to demonstrate the effectiveness of Fed-SMP in improving model accuracy with the same DP guarantee and saving communication cost simultaneously.

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
闪闪发布了新的文献求助10
1秒前
liyut发布了新的文献求助10
2秒前
DG完成签到,获得积分10
3秒前
秋晓阳完成签到,获得积分10
4秒前
小番茄完成签到,获得积分10
4秒前
5秒前
红毛药酒发布了新的文献求助10
5秒前
lili完成签到,获得积分10
5秒前
芊芊完成签到 ,获得积分10
5秒前
5秒前
NexusExplorer应助洁净的晓蕾采纳,获得10
6秒前
林林给林林的求助进行了留言
6秒前
丑小鸭完成签到,获得积分10
6秒前
6秒前
7秒前
boyaqin发布了新的文献求助10
7秒前
7秒前
zhangzhangzhang完成签到,获得积分10
8秒前
知性的冰棍完成签到,获得积分10
8秒前
光亮白山发布了新的文献求助10
10秒前
冷眸发布了新的文献求助10
10秒前
Jasper应助柒鹿采纳,获得10
10秒前
577完成签到 ,获得积分10
10秒前
SciGPT应助李国华采纳,获得10
11秒前
2248388622发布了新的文献求助10
12秒前
13秒前
起床做核酸完成签到,获得积分10
14秒前
15秒前
yela完成签到,获得积分20
15秒前
15秒前
vfi完成签到,获得积分10
15秒前
英姑应助FB采纳,获得10
15秒前
16秒前
boyaqin完成签到,获得积分20
16秒前
16秒前
红毛药酒完成签到,获得积分20
16秒前
moon完成签到,获得积分10
16秒前
111完成签到,获得积分10
16秒前
冷眸完成签到,获得积分10
17秒前
orixero应助ZDN03采纳,获得30
18秒前
高分求助中
Adhesion Science: Principles & Practice 1234
Signals, Systems, and Signal Processing 610
Fundamentals of Pharmaceutical and Biologics Regulations: A Global Perspective, Second Edition 600
Testimonial Injustice and Trust 510
久松真一著作集〈第5巻〉禅と芸術 500
Cold War Transcended: Australia's China Policy, 1949-1990 470
Cybercrime: The Transformation of Crime in the Information Age, 2nd Edition 400
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 物理 内科学 复合材料 催化作用 物理化学 光电子学 电极 细胞生物学 基因 无机化学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 6625241
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 8387549
关于积分的说明 17943441
捐赠科研通 5800157
什么是DOI,文献DOI怎么找? 2962555
邀请新用户注册赠送积分活动 1937726
关于科研通互助平台的介绍 1845710