Federated Learning Differential Privacy Preservation Method Based on Differentiated Noise Addition

差别隐私 MNIST数据库 计算机科学 可用的 可用性 噪音(视频) 差速器(机械装置) 过程(计算) 数据挖掘 深度学习 人工智能 人机交互 工程类 万维网 图像(数学) 航空航天工程 操作系统
作者
Liquan Han,Di Fan,Jinyuan Liu,Wei Du
标识
DOI:10.1109/icccbda56900.2023.10154864
摘要

Differential privacy is an essential tool in federated learning privacy preservation. However, existing differential privacy-preserving techniques introduce excessive noise perturbations for privacy-preserving purposes, which makes federated learning models less usable. Under the condition of satisfying differential privacy, this paper proposes a new noise addition method, differential privacy preservation by federated learning based on differentiated noise addition (DDPFL), to reduce the loss of model usability. Specifically, the method derives importance coefficients for each model parameter by analyzing the value of the gradient update size, the magnitude of the absolute value of the weight parameter, and the relationship between the global model and the local model gradient update trend during the training process for each client. Then, noise is added to the model parameters using a differentiated noise addition mechanism according to the magnitude of the importance coefficients to achieve noise perturbation of the local model. Finally, the effectiveness of the proposed method is validated by an experimental comparison of the MNIST dataset and the Fashion-Mnist dataset. The usability of the model improves under the same differential privacy condition as the federated learning differential privacy preserving method before the improvement.

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