Gradient-hiding secure clustering and privacy-preserving federated learning

Gradient-hiding secure clustering and privacy-preserving federated learning
Li Gonglia,b
Ma Jingwena
Fan Yuna
a. School of Computer & Information Engineering, b. Key Laboratory of Artificial Intelligence & Personalized Learning in Education of Henan Province, Henan Normal University, Xinxiang 453007, Henan, China

摘要

Federated learning is a kind of advanced distributed machine learning algorithm, which realizes multi-party cooperative training while ensuring the user's control over the data. However, the existing federated learning algorithms have many problems in dealing with Non-IID data, gradient information leakage and dynamic user offline. To solve these problems, this paper proposes a gradient hidden safe clustering and privacy-protecting federated learning based on quaternion, zero sharing and secret sharing techniques. Firstly, using quaternion rotation technology to hide the first-round model gradient and achieve secure clustering stratification without altering the gradient feature distribution, so as to solve the performance degradation issue caused by Non-IID data. Secondly, this paper designs a chain zero sharing algorithm, using single strategy to protect the user model gradient mask; Then, the threshold secret sharing is used to improve the robustness against offline users. Multi-dimensional comparison with other existing algorithms shows that the accuracy of SCFL is improved by about 3.13%-16.03% under the Non-IID data distribution, and the overall running time is improved by about 3-6 times. In this work, the security of information transmission is guaranteed at any stage, satisfying the design goals of accuracy, security and efficiency.

基金项目

河南省科技攻关计划项目(232102211057)

出版信息

DOI: 10.19734/j.issn.1001-3695.2023.09.0403
出版期卷: 《计算机应用研究》 Accepted Paper, 2024年第41卷 第6期

发布历史

[2023-11-16] Accepted Paper

引用本文

李功丽, 马婧雯, 范云. 一种梯度隐藏的安全聚类与隐私保护联邦学习 [J]. 计算机应用研究, 2024, 41 (6). (2024-04-10). https://doi.org/10.19734/j.issn.1001-3695.2023.09.0403. (Li Gongli, Ma Jingwen, Fan Yun. Gradient-hiding secure clustering and privacy-preserving federated learning [J]. Application Research of Computers, 2024, 41 (6). (2024-04-10). https://doi.org/10.19734/j.issn.1001-3695.2023.09.0403. )

关于期刊

  • 计算机应用研究 月刊
  • Application Research of Computers
  • 刊号 ISSN 1001-3695
    CN  51-1196/TP

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