MétaCan
Menu
Retour à la cohorte
Enregistrement W7133010653

Secure and private machine learning in hardware

2024· dissertation· W7133010653 sur OpenAlexaff
Karthik Ganesan

Notice bibliographique

RevueTSpace · 2024
Typedissertation
Langue
DomaineComputer Science
ThématiqueAdversarial Robustness in Machine Learning
Établissements canadiensUniversity of Toronto
Organismes subventionnairesnon disponible
Mots-clésNoise (video)Edge devicePopularityHardware accelerationPower (physics)Latency (audio)Key (lock)SafeguardOrder (exchange)
DOInon disponible

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

Machine learning (ML) has seen a tremendous rise in interest in recent years, with neural networks in particular gaining widespread adoption. ML models run on many types of hardware, ranging from low-power IoT devices to powerful GPUs and a plethora of dedicated accelerators. However, their popularity has made systems using ML susceptible to several attacks. To safely enable their widespread use, this thesis details mechanisms to improve the security and safeguard the privacy of ML systems. To this end, we make three contributions: FARO, AESIR and EMPATIC.Our first contribution (FARO) secures the weights of ML models running on low-power IoT devices against side-channel attacks. Such attacks allow for the entire model to be stolen merely by analyzing several power traces of the device. For the attack to work however, operations must be performed in the same order in each trace. To prevent this, FARO adds hardware to randomly shuffle the order of operations during each run as a functional unit within the CPU. FARO secures the crucial weights of the model, while adding < 5% area, latency and power overheads. The second contribution (AESIR) enables edge ML accelerators to run security-critical ML algorithms such as differentially private ML (DP-ML). Current ML accelerator designs lack CPUs and are unable to provide the random noise required by such algorithms. AESIR details simple hardware modifications to enable noise addition from arbitrary distributions. Compared to dedicated on-chip hardware for generating noise, AESIR adds 23× lower area and 40× lower energy while also being secure against side-channel attacks. The final contribution (EMPATIC) accelerates adversarial training, used to train models which are more robust against adversarial attacks. We do so by efficiently using the support for high throughput 8-bit floating point (FP8) provided by modern GPUs. Directly training models using FP8 is challenging due to the extremely narrow range of this datatype. We propose EMPATIC, where we cluster the training data so that groups of similar inputs are run contiguously. We then calculate the difference within each group – which have a smaller range than the original data – and use FP8 for performing computations with these differences. EMPATIC matches the accuracy of models trained using higher precision, while effectively using the higher throughput provided by modern GPUs for FP8 computation. Together, our three contributions help improve the security of ML models and protect the privacy of user data used to train ML models.

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 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)0,001
Version: codex-gemma-dda1882f352aStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesMéta-épidémiologie (sens strict), Intégrité de la recherche
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Simulation ou modélisation · Signal consensuel: aucune
GenreSignal candidat: Empirique · Signal consensuel: Empirique
Score de désaccord entre enseignants0,739
Score d'incertitude au seuil0,999

Scores Codex et Gemma par catégorie

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0010,001
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0010,001
Méta-épidémiologie (sens large)0,0010,000
Bibliométrie0,0010,002
Études des sciences et des technologies0,0000,000
Communication savante0,0010,001
Science ouverte0,0010,001
Intégrité de la recherche0,0010,005
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 Opus0,014
Tête enseignante GPT0,316
Écart entre enseignants0,302 · 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 tête enseignante, pas un consensus.

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

Citations0
Publié2024
Routes d'admission1
Résumé présentoui

Explorer davantage

Même revueTSpaceMême sujetAdversarial Robustness in Machine LearningTravaux en français237 207