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Privatized graph federated learning

Résumé

Federated learning is a semi-distributed algorithm, where a server communicates with multiple dispersed clients to learn a global model. The federated architecture is not robust and is sensitive to communication and computational overloads due to its one-master multi-client structure. It can also be subject to privacy attacks targeting personal information on the communication links. In this work, we introduce graph federated learning, which consists of multiple federated units connected by a graph. We then show how graph-homomorphic perturbations can be used to ensure the algorithm is differentially private on the server level. While on the client level, we show that improvement in the differentially private federated learning algorithm can be attained through the addition of random noise to the updates, as opposed to the models. We conduct both convergence and privacy theoretical analyses and illustrate performance by means of computer simulations.

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Concepts associés (34)
Line graph
En théorie des graphes, le line graph L(G) d'un graphe non orienté G, est un graphe qui représente la relation d'adjacence entre les arêtes de G. Le nom line graph vient d'un article de Harary et Norman publié en 1960. La même construction avait cependant déjà été utilisée par Whitney en 1932 et Krausz en 1943. Il est également appelé graphe adjoint. Un des premiers et des plus importants théorèmes sur les line graphs est énoncé par Hassler Whitney en 1932, qui prouve qu'en dehors d'un unique cas exceptionnel, la structure de G peut être entièrement retrouvée à partir de L(G) dans le cas des graphes connexes.
Graphe planaire
Dans la théorie des graphes, un graphe planaire est un graphe qui a la particularité de pouvoir se représenter sur un plan sans qu'aucune arête (ou arc pour un graphe orienté) n'en croise une autre. Autrement dit, ces graphes sont précisément ceux que l'on peut plonger dans le plan, ou encore les graphes dont le nombre de croisements est nul. Les méthodes associées à ces graphes permettent de résoudre des problèmes comme l'énigme des trois maisons et d'autres plus difficiles comme le théorème des quatre couleurs.
Théorie des graphes
vignette|Un tracé de graphe. La théorie des graphes est la discipline mathématique et informatique qui étudie les graphes, lesquels sont des modèles abstraits de dessins de réseaux reliant des objets. Ces modèles sont constitués par la donnée de sommets (aussi appelés nœuds ou points, en référence aux polyèdres), et d'arêtes (aussi appelées liens ou lignes) entre ces sommets ; ces arêtes sont parfois non symétriques (les graphes sont alors dits orientés) et sont alors appelées des flèches ou des arcs.
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