論文の概要: Social-Aware Clustered Federated Learning with Customized Privacy Preservation

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2212.13992v3
• Date: Tue, 19 Mar 2024 14:51:32 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2024-03-21 01:51:05.868570
• Title: Social-Aware Clustered Federated Learning with Customized Privacy Preservation
• Title（参考訳）: カスタマイズされたプライバシ保護によるソーシャル・アウェア・クラスタ型フェデレーション学習
• Authors: Yuntao Wang, Zhou Su, Yanghe Pan, Tom H Luan, Ruidong Li, Shui Yu,
• Abstract要約: 本稿では,ソーシャル・アウェア・クラスタ・フェデレーション・ラーニングの新たな手法を提案する。 モデル更新をソーシャルグループに混ぜ合わせることで、敵はソーシャル層を組み合わせた結果のみを盗むことができるが、個人のプライバシーを盗むことはできない。 FacebookネットワークとMNIST/CIFAR-10データセットの実験は、SCFLが学習ユーティリティを効果的に強化し、ユーザの支払いを改善し、カスタマイズ可能なプライバシ保護を強制できることを検証する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 38.00035804720786
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: A key feature of federated learning (FL) is to preserve the data privacy of end users. However, there still exist potential privacy leakage in exchanging gradients under FL. As a result, recent research often explores the differential privacy (DP) approaches to add noises to the computing results to address privacy concerns with low overheads, which however degrade the model performance. In this paper, we strike the balance of data privacy and efficiency by utilizing the pervasive social connections between users. Specifically, we propose SCFL, a novel Social-aware Clustered Federated Learning scheme, where mutually trusted individuals can freely form a social cluster and aggregate their raw model updates (e.g., gradients) inside each cluster before uploading to the cloud for global aggregation. By mixing model updates in a social group, adversaries can only eavesdrop the social-layer combined results, but not the privacy of individuals. We unfold the design of SCFL in three steps.i) Stable social cluster formation. Considering users' heterogeneous training samples and data distributions, we formulate the optimal social cluster formation problem as a federation game and devise a fair revenue allocation mechanism to resist free-riders. ii) Differentiated trust-privacy mapping}. For the clusters with low mutual trust, we design a customizable privacy preservation mechanism to adaptively sanitize participants' model updates depending on social trust degrees. iii) Distributed convergence}. A distributed two-sided matching algorithm is devised to attain an optimized disjoint partition with Nash-stable convergence. Experiments on Facebook network and MNIST/CIFAR-10 datasets validate that our SCFL can effectively enhance learning utility, improve user payoff, and enforce customizable privacy protection.
• Abstract（参考訳）: FL(Federated Learning)の重要な特徴は、エンドユーザのデータのプライバシを維持することだ。 しかし、FLの下で勾配を交換する際の潜在的なプライバシー漏洩が存在する。 その結果、近年の研究では、計算結果にノイズを加えるための差分プライバシ(DP)アプローチを検討し、低オーバーヘッドでプライバシの問題に対処するが、モデル性能は低下する。 本稿では,ユーザ間のソーシャルな関係を利用して,データプライバシと効率のバランスをとる。 具体的には,ソーシャル・アウェア・クラスタ・フェデレート・ラーニング・スキームであるSCFLを提案する。このスキームでは,信頼関係のある個人が,グローバルアグリゲーションのためにクラウドにアップロードする前に,ソーシャル・クラスタを自由に形成し,各クラスタ内の生モデル更新(グラデーションなど)を集約することができる。 モデル更新をソーシャルグループに混ぜ合わせることで、敵はソーシャル層を組み合わせた結果のみを盗むことができるが、個人のプライバシーを盗むことはできない。 SCFLの設計を3段階に展開する。 ユーザの不均一なトレーニングサンプルやデータ分布を考慮すると、最適なソーシャルクラスタ形成問題をフェデレーションゲームとして定式化し、フリーライダーに抵抗する公平な収益配分機構を考案する。 二 差別化された信託民営地図 相互信頼度が低いクラスタに対しては,社会的信頼度に応じて参加者のモデル更新を適応的に正当化するための,カスタマイズ可能なプライバシ保護機構を設計する。 三 分散収束 分散二面マッチングアルゴリズムは、Nash-stable 収束で最適化された解離分割を実現するために考案された。 FacebookネットワークとMNIST/CIFAR-10データセットの実験は、SCFLが学習ユーティリティを効果的に強化し、ユーザの支払いを改善し、カスタマイズ可能なプライバシ保護を強制できることを検証する。

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