Setup Once, Secure Always: A Single-Setup Secure Federated Learning Aggregation Protocol with Forward and Backward Secrecy for Dynamic Users
Created by
Haebom
저자
Nazatul Haque Sultan, Yan Bo, Yansong Gao, Seyit Camtepe, Arash Mahboubi, Hang Thanh Bui, Aufeef Chauhan, Hamed Aboutorab, Michael Bewong, Dineshkumar Singh, Praveen Gauravaram, Rafiqul Islam, Sharif Abuadbba
개요
본 논문은 연합 학습(FL)에서 개인정보 보호를 강화하는 새로운 안전한 집계 프로토콜을 제시합니다. 기존 단일 설정 프로토콜의 한계인 동적 사용자 참여 부족과 전방 및 후방 보안 부족 문제를 해결하기 위해, 경량 대칭 동형 암호와 키 부정 기법을 활용하여 사용자 간 통신 없이 업데이트를 효율적으로 마스킹합니다. 또한, 메시지 인증 코드(MAC)를 이용한 경량 검증 메커니즘을 도입하여 모델 불일치 공격으로부터 보호합니다. 반정직 및 악의적 적대 모델 하에서 형식적 보안 증명을 제공하며, 프로토콜의 실용성을 입증하기 위한 프로토타입 구현 및 실험 결과를 제시합니다. 실험 결과, 기존 최첨단 프로토콜(e-SeaFL)에 비해 사용자 측 연산을 최대 99%까지 줄이면서 경쟁력 있는 모델 정확도를 유지하는 것으로 나타났습니다.
시사점, 한계점
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시사점:
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단일 설정으로 동적 사용자 참여 및 전방/후방 보안을 지원하는 효율적인 연합 학습 안전 집계 프로토콜 제시.
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경량 대칭 동형 암호 및 키 부정 기법을 활용하여 사용자 간 통신 없이 효율적인 업데이트 마스킹 실현.
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메시지 인증 코드(MAC) 기반의 경량 검증 메커니즘을 통해 모델 불일치 공격 방어.
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기존 최첨단 프로토콜 대비 사용자 측 연산량 최대 99% 감소 및 경쟁력 있는 모델 정확도 유지.
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자원 제약이 있는 장치에서의 실제 연합 학습 배포에 적합.
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한계점:
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제시된 프로토콜의 실제 적용 환경에서의 장기간 안정성 및 확장성에 대한 추가적인 연구 필요.
