The field of Artificial Intelligence (AI) has always faced two major challenges. The first is that data is kept scattered and cannot be collected for more efficiently use. The second is that data privacy and security need to be continuously strengthened. Based on these two points, federated learning is proposed as an emerging machine learning scheme. The idea of federated learning is to collaboratively train neural networks on servers. Each user receives the current weights of the network and then sequentially sends parameter updates (gradients) based on their own data. Because the input data remains on-device and only the parameter gradients are shared, this scheme is considered to be effective in preserving data privacy. Some previous attacks also provide a false sense of security since they only succeed in contrived settings, even for a single image. Our research mainly focus on attacks on shared gradients, showing experimentally that private training data can be obtained from publicly shared gradients. We do experiments on both linear-based and convolutional-based deep networks, whose results show that our attack is capable of creating a threat to data privacy, and this threat is independent of the specific structure of neural networks. The method presented in this paper is only to illustrate that it is feasible to recover user data from shared gradients, and cannot be used as an attack to obtain privacy in large quantities. The goal is to spark further research on federated learning, especially gradient security. We also make some brief discussion on possible strategies against our attack methods of privacy. Different methods have their own advantages and disadvantages in terms of privacy protection. Therefore, data pre-processing and network structure adjustment may need to be further researched, so that the process of training the models can achieve better privacy protection while maintaining high precision. / Området artificiell intelligens har alltid stått inför två stora utmaningar. Den första är att data hålls utspridda och inte kan samlas in för mer effektiv användning. Det andra är att datasekretess och säkerhet behöver stärkas kontinuerligt. Baserat på dessa två punkter föreslås federerat lärande som ett framväxande angreppssätt inom maskininlärning. Tanken med federerat lärande är att tillsammans träna neurala nätverk på servrar. Varje användare får nätverkets aktuella vikter och skickar sedan parameteruppdateringar (gradienter) sekventiellt baserat på sina egna data. Eftersom indata förblir på enheten och endast parametergradienterna delas, anses detta schema vara effektivt för att bevara datasekretessen. Vissa tidigare attacker ger också en falsk känsla av säkerhet eftersom de bara lyckas i konstruerade inställningar, även för en enda bild. Vår forskning fokuserar främst på attacker på delade gradienter, och visar experimentellt att privat träningsdata kan erhållas från offentligt delade gradienter. Vi gör experiment på både linjärbaserade och faltningsbaserade djupa nätverk, vars resultat visar att vår attack kan skapa ett hot mot dataintegriteten, och detta hot är oberoende av den specifika strukturen hos djupa nätverk. Metoden som presenteras i denna rapport är endast för att illustrera att det är möjligt att rekonstruera användardata från delade gradienter, och kan inte användas som en attack för att erhålla integritet i stora mängder. Målet är att få igång ytterligare forskning om federerat lärande, särskilt gradientsäkerhet. Vi gör också en kort diskussion om möjliga strategier mot våra attackmetoder för integritet. Olika metoder har sina egna fördelar och nackdelar när det gäller integritetsskydd. Därför kan förbearbetning av data och justering av nätverksstruktur behöva undersökas ytterligare, så att processen med att träna modellerna kan uppnå bättre integritetsskydd samtidigt som hög precision bibehålls.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:UPSALLA1/oai:DiVA.org:kth-323152 |
| Date | January 2022 |
| Creators | Shi, Guangze |
| Publisher | KTH, Skolan för elektroteknik och datavetenskap (EECS) |
| Source Sets | DiVA Archive at Upsalla University |
| Language | English |
| Detected Language | Swedish |
| Type | Student thesis, info:eu-repo/semantics/bachelorThesis, text |
| Format | application/pdf |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | TRITA-EECS-EX ; 2022:767 |
Page generated in 0.006 seconds