计算机科学 > 信息论
[提交于 2025年8月1日
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标题: 信息论的去中心化安全聚合与共谋抵抗
标题: Information-Theoretic Decentralized Secure Aggregation with Collusion Resilience
摘要: 在去中心化联邦学习(FL)中,多个客户端通过利用分布在网络中的私有数据集,通过中间模型更新的交互式交换,协作学习一个共享的机器学习(ML)模型。 为确保数据安全,通常采用密码技术来保护聚合过程中的模型更新。 尽管对安全聚合的兴趣日益增长,但现有工作主要集中在协议设计和计算保障上,对这类系统的根本信息理论极限理解有限。 此外,在没有中央聚合器的去中心化设置中,通信和密钥使用的最优界限仍未知。 受这些差距的驱动,我们从信息理论的角度研究去中心化安全聚合(DSA)问题。 具体而言,我们考虑一个由$K$个全连接用户组成的网络,每个用户持有一个私有输入——局部训练数据的抽象——他们旨在安全地计算所有输入的总和。 安全约束要求,即使与其他最多$T$个用户串通,任何用户也不能了解输入总和之外的任何信息。 我们表征了最优速率区域,该区域指定了DSA的最小可实现通信和秘密密钥速率。 特别是,我们表明,为了安全地计算所需输入总和的一个符号,每个用户必须(i)向其他用户传输至少一个符号,(ii)持有至少一个符号的秘密密钥,并且(iii)所有用户必须共同持有不少于$K - 1$个独立密钥符号。 我们的结果确立了DSA的基本性能极限,为分布式学习系统中可证明安全且通信高效的协议设计提供了见解。
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