Federated learning (FL) takes a first step towards privacy-preserving machine learning by training models while keeping client data local. Models trained using FL may still leak private client information through model updates during training. Differential privacy (DP) may be employed on model updates to provide privacy guarantees within FL, typically at the cost of degraded performance of the final trained model. Both non-private FL and DP-FL can be solved using variants of the federated averaging (FedAvg) algorithm. In this work, we consider a heterogeneous DP setup where clients require varying degrees of privacy guarantees. First, we analyze the optimal solution to the federated linear regression problem with heterogeneous DP in a Bayesian setup. We find that unlike the non-private setup, where the optimal solution for homogeneous data amounts to a single global solution for all clients learned through FedAvg, the optimal solution for each client in this setup would be a personalized one even for homogeneous data. We also analyze the privacy-utility trade-off for this setup, where we characterize the gain obtained from heterogeneous privacy where some clients opt for less strict privacy guarantees. We propose a new algorithm for FL with heterogeneous DP, named FedHDP, which employs personalization and weighted averaging at the server using the privacy choices of clients, to achieve better performance on clients' local models. Through numerical experiments, we show that FedHDP provides up to $9.27\%$ performance gain compared to the baseline DP-FL for the considered datasets where $5\%$ of clients opt out of DP. Additionally, we show a gap in the average performance of local models between non-private and private clients of up to $3.49\%$, empirically illustrating that the baseline DP-FL might incur a large utility cost when not all clients require the stricter privacy guarantees.


翻译:联邦学习联盟(FL) 通过培训模式向隐私保存机器学习迈出第一步,通过培训模式向隐私保存机器学习迈出第一步,同时保持客户数据本地化。使用FL培训的模型在培训期间仍然可能通过模式更新泄露私人客户信息。在模式更新中,可以使用差异隐私(DP),在FL内部提供隐私保障,通常以最后培训模式的性能退化为代价。非私人FL和DP-FL都可以使用联合平均(FedAvg)算法变量解决。在这项工作中,我们考虑在客户需要不同程度的隐私保障的情况下,建立混合的DP(DP)设置。首先,我们分析在Bayesian设置中,使用差异化的DP(DP),使用差异化的(DP),使用差异化的(DP)模式,使用差异化的(DP),采用差异化的(DP),采用单一数据,为所有客户提供单一的全球解决方案。在FedAvg中,对于每个客户来说,最佳的解决方案将是个化的(FedAV)平均数据。我们还要分析这个设置的隐私交易交易(DP)交易)交易(DDDDDDDD)交易中,我们考虑从不同隐私的基底基底基数模式的基数(我们从比较的基数的基数,在其中取得收益,在使用更精确化(FMDDML)客户之间,在使用更精确化(FMDD),在使用更精确化(FM),在使用更精确化(FM)客户之间,在使用)。

0
下载
关闭预览

相关内容

不可错过!《机器学习100讲》课程,UBC Mark Schmidt讲授
专知会员服务
71+阅读 · 2022年6月28日
强化学习最新教程,17页pdf
专知会员服务
168+阅读 · 2019年10月11日
[综述]深度学习下的场景文本检测与识别
专知会员服务
77+阅读 · 2019年10月10日
【SIGGRAPH2019】TensorFlow 2.0深度学习计算机图形学应用
专知会员服务
39+阅读 · 2019年10月9日
VCIP 2022 Call for Special Session Proposals
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年4月1日
IEEE ICKG 2022: Call for Papers
机器学习与推荐算法
3+阅读 · 2022年3月30日
ACM MM 2022 Call for Papers
CCF多媒体专委会
5+阅读 · 2022年3月29日
ACM TOMM Call for Papers
CCF多媒体专委会
2+阅读 · 2022年3月23日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
23+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
26+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
17+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
41+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
16+阅读 · 2018年12月24日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2008年12月31日
Arxiv
19+阅读 · 2022年10月10日
Arxiv
10+阅读 · 2021年3月30日
VIP会员
相关资讯
VCIP 2022 Call for Special Session Proposals
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年4月1日
IEEE ICKG 2022: Call for Papers
机器学习与推荐算法
3+阅读 · 2022年3月30日
ACM MM 2022 Call for Papers
CCF多媒体专委会
5+阅读 · 2022年3月29日
ACM TOMM Call for Papers
CCF多媒体专委会
2+阅读 · 2022年3月23日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
23+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
26+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
17+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
41+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
16+阅读 · 2018年12月24日
相关基金
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2008年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员