去中心化场景下的隐私保护联邦学习优化方法

联邦学习的提出为跨数据孤岛的共同学习提供了新的解决方案,然而联邦节点的本地数据的非独立同分布(Non-IID)特性及中心化框架在参与方监管、追责能力和隐私保护手段上的缺失限制了其大规模应用。针对上述问题,提出了基于区块链的可信切片聚合策略(BBTSA)和联邦归因(FedAom)算法。FedAom引入归因思想,基于积分梯度法获取归因,从而定位影响模型决策行为的参数,分级考虑参数敏感性,在局部更新过程中保持和强化全局模型所学习到的关键知识,有效利用共享数据,从而缓解Non-IID问题。BBTSA基于区块链构建去中心化的联邦学习环境,允许联邦节点在无须中心化第三方的情况下,通过在参与方间交换噪声而非权重或梯度参数,基于合作树结构实现对参数的切片混淆,以保护节点隐私。在两种数据集上的不同分布条件下的验证结果显示,FedAom在大多数条件下相比基线方法在稳定性和收敛速度上都有显著提升。而BBTSA能够隐藏客户端的隐私参数,在不影响精度的情况下确保了训练过程的全程监控和隐私安全。