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Enregistrement W4319863836 · doi:10.1016/j.dcan.2023.01.017

XMAM:X-raying models with a matrix to reveal backdoor attacks for federated learning

2023· article· en· W4319863836 sur OpenAlexaff
Jianyi Zhang, Fangjiao Zhang, Qichao Jin, Zhiqiang Wang, Xiaodong Lin, Xiali Hei

Notice bibliographique

RevueDigital Communications and Networks · 2023
Typearticle
Langueen
DomaineComputer Science
ThématiquePrivacy-Preserving Technologies in Data
Établissements canadiensUniversity of Guelph
Organismes subventionnairesFundamental Research Funds for the Central UniversitiesNational University's Basic Research Foundation of China
Mots-clésBackdoorComputer scienceSoftmax functionComputer securityArtificial intelligenceComputer networkDeep learning

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

Federated Learning (FL), a burgeoning technology, has received increasing attention due to its privacy protection capability. However, the base algorithm FedAvg is vulnerable when it suffers from so-called backdoor attacks. Former researchers proposed several robust aggregation methods. Unfortunately, due to the hidden characteristic of backdoor attacks, many of these aggregation methods are unable to defend against backdoor attacks. What's more, the attackers recently have proposed some hiding methods that further improve backdoor attacks' stealthiness, making all the existing robust aggregation methods fail. To tackle the threat of backdoor attacks, we propose a new aggregation method, X-raying Models with A Matrix (XMAM), to reveal the malicious local model updates submitted by the backdoor attackers. Since we observe that the output of the Softmax layer exhibits distinguishable patterns between malicious and benign updates, unlike the existing aggregation algorithms, we focus on the Softmax layer's output in which the backdoor attackers are difficult to hide their malicious behavior. Specifically, like medical X-ray examinations, we investigate the collected local model updates by using a matrix as an input to get their Softmax layer's outputs. Then, we preclude updates whose outputs are abnormal by clustering. Without any training dataset in the server, the extensive evaluations show that our XMAM can effectively distinguish malicious local model updates from benign ones. For instance, when other methods fail to defend against the backdoor attacks at no more than 20% malicious clients, our method can tolerate 45% malicious clients in the black-box mode and about 30% in Projected Gradient Descent (PGD) mode. Besides, under adaptive attacks, the results demonstrate that XMAM can still complete the global model training task even when there are 40% malicious clients. Finally, we analyze our method's screening complexity and compare the real screening time with other methods. The results show that XMAM is about 10–10000 times faster than the existing methods.

Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.

Comment cette classification a été obtenuedéplier

Prédiction machine sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,003
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,010
Version: metacan-v3-hybrid-931329e0061cStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesaucune
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Simulation ou modélisation · Signal consensuel: Simulation ou modélisation
GenreSignal candidat: Empirique · Signal consensuel: aucune
Score de désaccord entre enseignants0,003
Score d'incertitude au seuil0,017

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0030,010
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0010,001
Méta-épidémiologie (sens large)0,0010,001
Bibliométrie0,0010,001
Études des sciences et des technologies0,0010,001
Communication savante0,0010,003
Science ouverte0,0020,004
Intégrité de la recherche0,0010,003
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0020,001

Scores machine (provisoires)

Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.

Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.

Tête enseignante Opus0,057
Tête enseignante GPT0,311
Écart entre enseignants0,254 · la distance entre les deux têtes enseignantes sur ce seul travail
Statut de validationscore_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découle

Classification

machine, non validée

Prédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.

Les modèles n’ont appliqué aucune catégorie : rien dans la taxonomie ne correspondait à ce travail.
Devis d'étudeSimulation ou modélisation
Domainenon disponible
GenreEmpirique

Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».

En bref

Citations1
Publié2023
Routes d'admission1
Résumé présentoui

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