論文の概要: Privacy-Enhanced Zero-Order Federated Learning via xMK-CKKS over Wireless Channels

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2605.30123v1
• Date: Thu, 28 May 2026 15:56:43 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-05-30 02:45:56.457091
• Title: Privacy-Enhanced Zero-Order Federated Learning via xMK-CKKS over Wireless Channels
• Title（参考訳）: 無線チャネル上のxMK-CKKSによるプライバシー強化ゼロオーダーフェデレーション学習
• Authors: Anthony Ayli, Khalil Harris, Jihad Fahs, Mohamad Assaad,
• Abstract要約: ホモモルフィック暗号化(HE)は、フェデレートラーニング(FL)におけるプライバシー保護アグリゲーションを可能にする 本稿では,マルチキーHE方式として有名なxMK-CKKSを,チャネル推定なしで共有無線チャネル上でのアグリゲーションを実現する4相プロトコルを提案する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 8.23636165923649
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Homomorphic encryption (HE) enables privacy-preserving aggregation in federated learning (FL) by allowing the server to operate on encrypted data without decryption. Existing HE-over-the-air methods mainly rely on single-key HE schemes and require channel estimation or pre-equalization to compensate for wireless fading. However, single-key HE remains vulnerable to honest-but-curious clients sharing the same secret key. In addition, compromising a single client may compromise the security of the entire network, while multi-key HE schemes provide stronger client-level security by assigning each device its own secret key. We propose a four-phase protocol that enables xMK-CKKS, a famous multi-key HE scheme, aggregation over a shared wireless channel without channel estimation. The protocol retransmits partial public keys and ciphertexts through the same channel realization, so that the dominant large-modulus encryption terms cancel algebraically during decryption. We integrate this protocol with zero-order FL over slowly varying LoS-dominant channels, where each device transmits a single encrypted scalar per round and the communication/encryption overhead is independent of the model dimension. We prove that the decoded encryption noise preserves the \(O(1/\sqrt{K})\) convergence rate up to a negligible noise floor. The protocol is secure against an honest-but-curious server colluding with up to \(N-1\) clients, and numerical results on MNIST validate the analysis.
• Abstract（参考訳）: ホモモルフィック暗号化(HE)は、サーバが復号化することなく暗号化されたデータを操作できるようにすることにより、フェデレーション学習(FL)におけるプライバシー保護の集約を可能にする。 既存のHE-over-the-air方式は主にシングルキーHE方式に依存しており、無線フェードを補うためにチャネル推定や事前等化が必要となる。 しかし、シングルキーのHEは、同じ秘密鍵を共有する誠実だが信頼できるクライアントに対して脆弱なままである。 さらに、単一クライアントの妥協はネットワーク全体のセキュリティを損なう可能性があるが、マルチキーHEスキームは各デバイスに秘密鍵を割り当てることで、より強力なクライアントレベルのセキュリティを提供する。 本稿では,マルチキーHE方式として有名なxMK-CKKSを,チャネル推定なしで共有無線チャネル上でのアグリゲーションを実現する4相プロトコルを提案する。 このプロトコルは、部分的な公開鍵と暗号文を同じチャネル実現を通じて再送信するので、復号化の間、支配的な大変調暗号用語が代数的にキャンセルされる。 我々はこのプロトコルを、ゆっくりと変化するLoS支配チャネル上のゼロオーダーFLと統合し、各デバイスが1ラウンドごとに1つの暗号化スカラーを送信し、通信/暗号化オーバーヘッドはモデル次元に依存しない。 復号された暗号ノイズは、(O(1/\sqrt{K})\)収束率を無視可能なノイズフロアまで保持することを示す。 このプロトコルは、最大で \(N-1\) クライアントと競合する真面目なサーバに対して安全であり、MNIST 上の数値結果は解析を検証している。

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