FedGuard:面向多数恶意客户端的联邦学习多样化拜占庭鲁棒机制

FedGuard是一种创新的联邦学习机制,通过利用成员推理对模型偏差的高敏感性,有效识别并排除恶意客户端提交的毒化模型。在90%客户端为拜占庭节点且存在七种不同类型攻击的极端非独立同分布场景下,FedGuard显著优于现有防御方案。

FedGuard:面向多数恶意客户端的联邦学习多样化拜占庭鲁棒机制

联邦学习作为一种分布式训练框架,容易受到拜占庭攻击,特别是在超过50%的客户端为恶意节点或数据集呈现高度非独立同分布(non-IID)特性时。此外,现有防御机制大多针对特定攻击类型设计(例如基于梯度相似性的方案仅能防御异常模型投毒),限制了其有效性。

为此,我们提出FedGuard——一种新型联邦学习机制。FedGuard巧妙利用成员推理对模型偏差的高度敏感性来解决上述问题。通过要求客户端在训练时额外包含服务器指定的迷你数据批次,FedGuard能够识别并排除毒化模型,因为这些模型在该迷你批次上的置信度会显著下降。

我们的全面评估明确表明:在三种高度非IID数据集下,当90%的客户端为拜占庭节点且每轮存在七种不同类型的拜占庭攻击时,FedGuard在缓解各类拜占庭攻击方面显著优于现有的鲁棒联邦学习方案。

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