Efficient Privacy-Preserving Federated Learning With Improved Compressed Sensing

同态加密 计算机科学 加密 明文 有损压缩 离散余弦变换 计算机工程 信息隐私 分布式计算 方案(数学) 理论计算机科学 计算机网络 计算机安全 人工智能 图像(数学) 数学分析 数学
作者
Yifan Zhang,Yinbin Miao,Xinghua Li,Linfeng Wei,Zhiquan Liu,Kim‐Kwang Raymond Choo,Robert H. Deng
出处
期刊:IEEE Transactions on Industrial Informatics [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:20 (3): 3316-3326 被引量:5
标识
DOI:10.1109/tii.2023.3297596
摘要

To solve the data silos issue in distributed machine learning with privacy leakage, privacy-preserving federated learning (PPFL) has been extensively explored in both academic and industrial fields. However, the existing PPFL solutions still suffer from high computation and communication overheads, which result in excessive consumption of communication bandwidth and slow down the training process of FL. To address these issues, we propose a secure and communication-efficient FL scheme using improved compressed sensing and CKKS homomorphic encryption. Specifically, we implement a lossy compression of the model by using discrete cosine transform, then use CKKS homomorphic encryption to encrypt the data transmitted between clients and center server due to its high efficiency and support for batch encryption. Formal security analysis proves that our scheme is secure against indistinguishability under chosen plaintext attack and extensive experiments demonstrate that our scheme achieves a high accuracy at 0.05% compression rate.
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