Secure and Efficient Federated Learning Against Model Poisoning Attacks in Horizontal and Vertical Data Partitioning
Notice bibliographique
Résumé
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.
Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi 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.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,003 | 0,010 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,002 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,001 | 0,001 |
| Communication savante | 0,001 | 0,003 |
| Science ouverte | 0,002 | 0,004 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,002 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 0,000 |
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.
score_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 découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».