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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 OpenAlexaff
Chong Yu, Wenmiao Zhang, Lei Lei, Jianbing Ni, Kuan Zhang, Zhao Hai

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.

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 seuil0,016

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0030,010
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0010,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0020,001
Bibliométrie0,0010,001
Études des sciences et des technologies0,0010,001
Communication savante0,0010,003
Science ouverte0,0020,004
Intégrité de la recherche0,0010,002
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0010,000

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

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

Citations7
Publié2024
Routes d'admission1
Résumé présentoui

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