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Enregistrement W4404056978 · doi:10.1109/tnnls.2024.3486028

Secure and Efficient Federated Learning Against Model Poisoning Attacks in Horizontal and Vertical Data Partitioning

2024· article· en· W4404056978 sur OpenAlex

Pourquoi ce travail est dans la base

Une base qui oublie comment elle a trouvé un travail ne peut pas être vérifiée. Voici les voies qui ont admis celui-ci.

affAu moins un auteur déclare une institution canadienne dans l'instantané OpenAlex épinglé.

Notice bibliographique

RevueIEEE Transactions on Neural Networks and Learning Systems · 2024
Typearticle
Langueen
DomaineComputer Science
ThématiquePrivacy-Preserving Technologies in Data
Établissements canadiensQueen's UniversityUniversity of Guelph
Organismes subventionnairesnon disponible
Mots-clésFederated learningComputer scienceComputer securityHorizontal and verticalDistributed computingGeology

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

In distributed systems, data may partially overlap in sample and feature spaces, that is, horizontal and vertical data partitioning. By combining horizontal and vertical federated learning (FL), hybrid FL emerges as a promising solution to simultaneously deal with data overlapping in both sample and feature spaces. Due to its decentralized nature, hybrid FL is vulnerable to model poisoning attacks, where malicious devices corrupt the global model by sending crafted model updates to the server. Existing work usually analyzes the statistical characteristics of all updates to resist model poisoning attacks. However, training local models in hybrid FL requires additional communication and computation steps, increasing the detection cost. In addition, due to data diversity in hybrid FL, solutions based on the assumption that malicious models are distinct from honest models may incorrectly classify honest ones as malicious, resulting in low accuracy. To this end, we propose a secure and efficient hybrid FL against model poisoning attacks. Specifically, we first identify two attacks to define how attackers manipulate local models in a harmful yet covert way. Then, we analyze the execution time and energy consumption in hybrid FL. Based on the analysis, we formulate an optimization problem to minimize training costs while guaranteeing accuracy considering the effect of attacks. To solve the formulated problem, we transform it into a Markov decision process and model it as a multiagent reinforcement learning (MARL) problem. Then, we propose a malicious device detection (MDD) method based on MARL to select honest devices to participate in training and improve efficiency. In addition, we propose an alternative poisoned model detection (PMD) method considering model change consistency. This method aims to prevent poisoned models from being used in the model aggregation. Experimental results validate that under the random local model poisoning attack, the proposed MDD method can save over 50% training costs while guaranteeing accuracy. When facing the advanced adaptive local model poisoning (ALMP) attack, utilizing both the proposed MDD and PMD methods achieves the desired accuracy while reducing execution time and energy consumption.

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.

Prédiction distillée sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Apprise à partir de 10 348 étiquettes directes de Codex et de 10 348 étiquettes directes de Gemma. Le mode candidate est l'union des têtes enseignantes seuillées; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont ni des étiquettes humaines ni des étiquettes directes de modèles de pointe.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,001
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,000
Version: codex-gemma-dda1882f352aStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesCommunication savante
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 enseignants0,637
Score d'incertitude au seuil1,000

Scores Codex et Gemma par catégorie

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0010,000
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0000,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0000,000
Bibliométrie0,0000,000
Études des sciences et des technologies0,0010,000
Communication savante0,0010,001
Science ouverte0,0010,001
Intégrité de la recherche0,0000,002
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0000,000

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 Opus0,029
Tête enseignante GPT0,266
Écart entre enseignants0,238 · 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