FedDefender: Client-Side Attack-Tolerant Federated Learning

本文主要是介绍FedDefender: Client-Side Attack-Tolerant Federated Learning，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

与现有的大部分方法不同，FedDefender是在客户端层面的防御机制。
方法叠的有点多

大部分方法都在④这一步防御，通过设计鲁邦的聚合策略等，但是本文通过修改本地训练策略，来更新模型，文章主要基于两个观点：

1. 本地模型不容易过拟合噪声
2. 知识蒸馏传递正确的全局信息

Step 1. 本地元更新

我们通过元学习以鲁棒的方式训练良性局部模型。目标是发现模型的参数，即使在被噪声信息干扰后也能产生准确的预测。为了实现这一点，首先生成一个有噪声的合成标签，然后应用一个梯度更新来扰动局部网络参数。然后，计算扰动网络预测正确输出的梯度，并利用梯度优化原始局部模型。

作者认为，用传统的损失函数训练得到的模型，很容易会对恶意用户产生的噪声过拟合，因此可以给局部模型“打疫苗”，先用生成的噪声去训练。

过多的扰动会使模型的决策边界过度变形，导致性能下降。为了减轻这种严重变形的风险，我们通过转移来自类似样本的标签来创建更逼真的噪声标签，这些标签类似于y的分布。

1. 得到${\tilde{\theta }}_k$

怎么做呢，就是用模型的特征提取层，就是中间随便找一层，得到特征分布，然后计算与他特征分布最接近top-k个，然后随机选择一个作为他的新标签。

因为是top-k个中随机选择一个，因此大部分选中的还是和他一样的标签，小概率选中其他的标签，就防止噪声过大了。

得到这个带有噪声的数据集之后，用这个数据集进行一次正常的梯度下降。

2. 用${\tilde{\theta }}_k$在原始数据集上训练，得到的梯度给${\theta }_k$用

进行了一次正常的梯度下降，得到的模型我们称之为${\tilde{\theta }}_k$

然后就是，用这个使用噪声数据集训练一步的模型${\tilde{\theta }}_k$，去原始数据集$\mathcal{X}$上算一个分类的损失，然后用这个损失，去更新原来的模型${\theta }_k$。反正${\tilde{\theta }}_k$就只是个工具人，只是为了训练出来，然后计算他在原始数据集上的梯度，将它的梯度给本来的模型用。具体为什么论文也没说。就说这样可以防止局部模型在训练过程中受到合成噪声的污染。
因为${\tilde{\theta }}_k$可以将噪声正确的区分？所以${\tilde{\theta }}_k$的梯度比较好用吗。

Step 2. 全局知识蒸馏

1. 辅助网络知识蒸馏

考虑到上一步的元更新局部模型，我们使用中间特征映射将全局知识蒸馏应用于辅助分类器，以抵消对污染全局模型的不利影响。在辅助分类器和原始分类器之间进行自知识蒸馏，进一步将全局知识整合到局部模型的更深层中。

深层神经网络中的深层更容易过度拟合噪声(即记忆)，这是由于基于梯度下降的优化的固有性质。在这种情况下，FedDefender将全局知识转移到局部模型的浅层中间部分，以减少虚假信息的不利影响。

将一个模型分成两部分，全部模型和中间部分，用全部模型的输出当教师网络去训练中间层，这一部分设计知识蒸馏，不太懂。

然后又生成一个新的数据集$\hat{\mathcal{X}}$，$\hat{\mathcal{X}}$里的$\hat{y}$是如下公式替换的：

就是计算全局模型的输出和真实的标签的余弦相似度，修正一下标签。
然后上面的公式11就变成了

2. 辅助自蒸馏

看不下去了，这部分先放着

这一套组合拳，光损失就有五个，我都不敢想时间复杂度有多高。

这篇关于FedDefender: Client-Side Attack-Tolerant Federated Learning的文章就介绍到这儿，希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助！

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