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FedCLCC:A personalized federated learning algorithm for edge cloud collaboration based on contrastive learning and conditional computing
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作者 Kangning Yin Xinhui Ji +1 位作者 Yan Wang Zhiguo Wang 《Defence Technology(防务技术)》 2025年第1期80-93,共14页
Federated learning(FL)is a distributed machine learning paradigm for edge cloud computing.FL can facilitate data-driven decision-making in tactical scenarios,effectively addressing both data volume and infrastructure ... Federated learning(FL)is a distributed machine learning paradigm for edge cloud computing.FL can facilitate data-driven decision-making in tactical scenarios,effectively addressing both data volume and infrastructure challenges in edge environments.However,the diversity of clients in edge cloud computing presents significant challenges for FL.Personalized federated learning(pFL)received considerable attention in recent years.One example of pFL involves exploiting the global and local information in the local model.Current pFL algorithms experience limitations such as slow convergence speed,catastrophic forgetting,and poor performance in complex tasks,which still have significant shortcomings compared to the centralized learning.To achieve high pFL performance,we propose FedCLCC:Federated Contrastive Learning and Conditional Computing.The core of FedCLCC is the use of contrastive learning and conditional computing.Contrastive learning determines the feature representation similarity to adjust the local model.Conditional computing separates the global and local information and feeds it to their corresponding heads for global and local handling.Our comprehensive experiments demonstrate that FedCLCC outperforms other state-of-the-art FL algorithms. 展开更多
关键词 federated learning Statistical heterogeneity Personalized model Conditional computing Contrastive learning
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Controlling update distance and enhancing fair trainable prototypes in federated learning under data and model heterogeneity
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作者 Kangning Yin Zhen Ding +1 位作者 Xinhui Ji Zhiguo Wang 《Defence Technology(防务技术)》 2025年第5期15-31,共17页
Heterogeneous federated learning(HtFL)has gained significant attention due to its ability to accommodate diverse models and data from distributed combat units.The prototype-based HtFL methods were proposed to reduce t... Heterogeneous federated learning(HtFL)has gained significant attention due to its ability to accommodate diverse models and data from distributed combat units.The prototype-based HtFL methods were proposed to reduce the high communication cost of transmitting model parameters.These methods allow for the sharing of only class representatives between heterogeneous clients while maintaining privacy.However,existing prototype learning approaches fail to take the data distribution of clients into consideration,which results in suboptimal global prototype learning and insufficient client model personalization capabilities.To address these issues,we propose a fair trainable prototype federated learning(FedFTP)algorithm,which employs a fair sampling training prototype(FSTP)mechanism and a hyperbolic space constraints(HSC)mechanism to enhance the fairness and effectiveness of prototype learning on the server in heterogeneous environments.Furthermore,a local prototype stable update(LPSU)mechanism is proposed as a means of maintaining personalization while promoting global consistency,based on contrastive learning.Comprehensive experimental results demonstrate that FedFTP achieves state-of-the-art performance in HtFL scenarios. 展开更多
关键词 Heterogeneous federated learning Model heterogeneity Data heterogeneity Contrastive learning
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A Fast Federated Learning-based Crypto-aggregation Scheme and Its Simulation Analysis
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作者 LüBoshen Song Xiao 《系统仿真学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第12期2850-2870,共21页
To solve the problem of increased computation and communication costs caused by using homomorphic encryption(HE) to protect all gradients in traditional cryptographic aggregation(cryptoaggregation) schemes,a fast cryp... To solve the problem of increased computation and communication costs caused by using homomorphic encryption(HE) to protect all gradients in traditional cryptographic aggregation(cryptoaggregation) schemes,a fast crypto-aggregation scheme called RandomCrypt was proposed.RandomCrypt performed clipping and quantization to fix the range of gradient values and then added two types of noise on the gradient for encryption and differential privacy(DP) protection.It conducted HE on noise keys to revise the precision loss caused by DP protection.RandomCrypt was implemented based on a FATE framework,and a hacking simulation experiment was conducted.The results show that the proposed scheme can effectively hinder inference attacks while ensuring training accuracy.It only requires 45%~51% communication cost and 5%~23% computation cost compared with traditional schemes. 展开更多
关键词 federated learning differential privacy homomorphic encryption inference attack hacking simulation
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基于FL-XGBoost算法的砂泥岩识别方法——以胜利油田牛庄地区为例 被引量:8
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作者 彭英 李克文 +3 位作者 朱应科 徐志峰 杨澎涛 孙秀玲 《油气地质与采收率》 CAS CSCD 北大核心 2023年第1期76-85,共10页
砂泥岩识别任务通常基于测井曲线,依据经验公式、实地岩心取样、交会图和聚类分析等传统方法实现,但这些方法难以充分利用测井曲线所包含的砂泥岩特征,且精度低、效率低,人为影响因素大。为此,以测井和录井资料为基础,综合砂泥岩识别的... 砂泥岩识别任务通常基于测井曲线,依据经验公式、实地岩心取样、交会图和聚类分析等传统方法实现,但这些方法难以充分利用测井曲线所包含的砂泥岩特征,且精度低、效率低,人为影响因素大。为此,以测井和录井资料为基础,综合砂泥岩识别的关键技术难点,对测井参数进行敏感性分析,以选取适当的影响因素,通过多项预处理操作构建完整的训练数据集,并根据测井标签稀疏性的特点,引入Focal Loss函数,提出FL-XGBoost模型,进而开展胜利油田牛庄地区砂泥岩识别。研究结果表明,采用FL-XGBoost算法的砂泥岩识别模型对研究区砂泥岩识别的准确率达到了0.827。通过5种公开分类数据集设计对比实验,证明FL-XGBoost算法在识别分类领域上具有强泛化能力。 展开更多
关键词 fl-XGBoost算法 迭代决策树 机器学习 砂泥岩识别 测井资料
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基于FL的无蜂窝网络用户调度与功率分配策略 被引量:1
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作者 王华华 黄烨霞 李玲 《通信学报》 EI CSCD 北大核心 2024年第9期129-143,共15页
为解决无蜂窝网络系统中用户链路质量差异和通信、计算资源占用不平衡导致的联邦学习(FL)训练性能受限问题,设计了一个联合用户调度和功率分配的优化方案。首先,提出了一种低复杂度的基于资源优先的二次抽样用户调度(RPSS-US)算法,根据... 为解决无蜂窝网络系统中用户链路质量差异和通信、计算资源占用不平衡导致的联邦学习(FL)训练性能受限问题,设计了一个联合用户调度和功率分配的优化方案。首先,提出了一种低复杂度的基于资源优先的二次抽样用户调度(RPSS-US)算法,根据用户计算资源的可用性和链路质量选择用户,优先调度对系统容量和全局模型更新贡献较大的用户参与FL任务,提高整体训练性能。随后,提出了一种基于二分法的功率分配(BM-PA)算法,通过优化功率分配改善用户链路质量差异,以提高数据传输速率,减少FL任务的总体时延。通过交替迭代优化这2个子问题,实现系统性能的联合优化。仿真结果表明,相较于其他对比算法,所提出的算法下行吞吐量提升了47.19%,上行吞吐量提升了22.60%,FL任务时间消耗减少了57.33%,并在达到相同模型精度时的时间开销最小。 展开更多
关键词 无蜂窝网络 联邦学习 用户调度 功率分配 联合优化
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基于GB-AEnet-FL网络的物联网设备异常检测 被引量:8
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作者 张月 唐伦 +1 位作者 王恺 陈前斌 《计算机应用研究》 CSCD 北大核心 2022年第11期3410-3416,共7页
针对物联网场景下,传统异常检测方法在海量不均衡数据中检测准确率低、数据异构导致模型泛化能力差等问题,提出了基于联邦学习的对抗双编码异常检测网络(GB-AEnet-FL)的物联网设备异常检测算法。首先,提出了一种基于异常数据的主动特征... 针对物联网场景下,传统异常检测方法在海量不均衡数据中检测准确率低、数据异构导致模型泛化能力差等问题,提出了基于联邦学习的对抗双编码异常检测网络(GB-AEnet-FL)的物联网设备异常检测算法。首先,提出了一种基于异常数据的主动特征分布学习算法,主动学习数据的潜在特征分布通过数据重构扩充异常数据,均衡正负样本比例。其次,在潜在特征层引入了对抗训练机制并添加一致性增强约束和收缩约束,提高特征提取的精度。最后,设计了一种基于动态模型选择的联邦学习算法,比较局部模型与全局模型的置信度评分,动态选择部分联邦体参与,加速模型的聚合,在一定程度上也保护了用户隐私。在四个不同数据集上进行验证,结果显示,所提算法在检测准确度优于传统算法且泛化能力得到相应提升。 展开更多
关键词 异常检测 AE网络 数据扩充 对抗性学习 联邦学习
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ALC-PFL:基于个性化联邦学习的轴承寿命预测方法 被引量:4
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作者 陈曦 王辉 +1 位作者 陆思良 严如强 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第12期69-78,共10页
现有数据驱动下的轴承寿命预测方法往往使用特定工况的数据训练相应工况的模型,忽略了其他工况数据所蕴含的有益退化特征,导致模型预测精度受限。为了充分挖掘和利用不同工况下的轴承退化特征,本文提出基于个性化联邦学习的轴承寿命预... 现有数据驱动下的轴承寿命预测方法往往使用特定工况的数据训练相应工况的模型,忽略了其他工况数据所蕴含的有益退化特征,导致模型预测精度受限。为了充分挖掘和利用不同工况下的轴承退化特征,本文提出基于个性化联邦学习的轴承寿命预测方法(ALC-PFL)。在该方法中,不同工况轴承的监测数据被存储于多个客户端,一个中心服务器与多个客户端协同工作,以模型传输、融合和本地更新的方式,为客户端建立个性化预测模型。提出自适应本地融合算法,将中心服务器聚合的全局模型与客户端本地模型有效融合,保留有助于客户端初始化模型的退化特征,以提升预测性能。用两个轴承数据集对所提方法进行验证,结果表明其能为不同工况的轴承搭建高性能寿命预测模型,与本地训练方法相比,该方法所得均方根误差降低了至少13%。 展开更多
关键词 联邦学习 轴承 剩余寿命预测 卷积神经网络
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不平衡数据分类问题的FL逻辑回归算法 被引量:5
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作者 陈钟毓 尹居良 《统计与决策》 CSSCI 北大核心 2023年第5期33-37,共5页
针对不平衡数据的分类问题,文章利用焦点损失函数可以挖掘困难样本的特性,提出了一种新的逻辑回归算法。首先,定义逻辑回归模型新的损失函数;其次,基于牛顿迭代法,设计FL逻辑回归算法;最后,在比较实验中,运用随机森林进行特征选择,以阈... 针对不平衡数据的分类问题,文章利用焦点损失函数可以挖掘困难样本的特性,提出了一种新的逻辑回归算法。首先,定义逻辑回归模型新的损失函数;其次,基于牛顿迭代法,设计FL逻辑回归算法;最后,在比较实验中,运用随机森林进行特征选择,以阈值优化逻辑回归模型为分类模型进行实验。实验结果表明,与传统逻辑回归算法相比,改进后的算法提高了少数类样本的分类精度,增强了模型的整体分类性能。 展开更多
关键词 fl逻辑回归算法 焦点损失函数 代价敏感学习 不平衡数据 随机森林
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FL_Raft:基于联邦学习模型的选举共识方案 被引量:3
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作者 荣宝俊 郑朝晖 《计算机科学》 CSCD 北大核心 2023年第11期364-373,共10页
针对异构集群中Raft共识算法的投票分裂和领导者频繁更换造成的吞吐量低、共识时延高和安全性低等问题,提出了一种基于联邦学习模型的Raft选举共识方案FL_Raft。首先,联邦学习聚合运行于每轮领导者迭代后,调用节点的本地特征数据,通过... 针对异构集群中Raft共识算法的投票分裂和领导者频繁更换造成的吞吐量低、共识时延高和安全性低等问题,提出了一种基于联邦学习模型的Raft选举共识方案FL_Raft。首先,联邦学习聚合运行于每轮领导者迭代后,调用节点的本地特征数据,通过联邦学习训练模型筛选高性能节点组;其次,建立基于行为的权益计算模型,对集群中每个节点的权益值进行动态调整;最后,建立权益选举模型,由队列选举准领导者节点,选取出的节点经全体节点投票选举后成为最终领导者节点。实验结果表明,在保证各节点数据隐私性的前提下,相比Raft,FL_Raft的选举时延降低了50%,领导者可靠性达到95%以上,共识时延缩短了20%,吞吐量提高了13%。FL_Raft共识算法保证了选举的效率和安全,提高了集群的稳定性和领导者的可用性。 展开更多
关键词 共识算法 联邦学习 模型选举 数据隐私 异构集群
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FCAT⁃FL:基于Non⁃IID数据的高效联邦学习算法 被引量:2
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作者 陈飞扬 周晖 张一迪 《南京邮电大学学报(自然科学版)》 北大核心 2022年第3期90-99,共10页
针对非独立同分布(Non⁃IID)数据影响联邦学习收敛速度、公平性和准确性的问题,提出一种基于Non⁃IID数据的快速收敛公平联邦迁移学习框架———FCAT⁃FL。该框架改进传统联邦学习依照客户端数据量占比权衡聚合贡献度的策略,根据客户端本... 针对非独立同分布(Non⁃IID)数据影响联邦学习收敛速度、公平性和准确性的问题,提出一种基于Non⁃IID数据的快速收敛公平联邦迁移学习框架———FCAT⁃FL。该框架改进传统联邦学习依照客户端数据量占比权衡聚合贡献度的策略,根据客户端本地模型参数和服务器聚合模型参数间的关系,在每轮聚合时为客户端动态分配自适应权重,并在客户端引入个性化迁移学习模型和动量梯度下降算法以求加快本地模型训练速度。实验结果表明:与几种基线聚合策略相比,当部分客户端的数据为Non⁃IID时,FCAT⁃FL中聚合策略1的全局迭代轮次有所减少,客户端间公平性和准确性得到提高,并且迁移学习的使用令客户端需训练和上传的模型参数数量减少,使FCAT⁃FL适用于客户端资源有限的移动边缘网络。 展开更多
关键词 联邦学习 非独立同分布 收敛性 公平性 迁移学习 动量梯度下降
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PRFL:一种隐私保护联邦学习鲁棒聚合方法
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作者 高琦 孙奕 +2 位作者 盖新貌 王友贺 杨帆 《计算机科学》 CSCD 北大核心 2024年第11期356-367,共12页
联邦学习允许用户通过交换模型参数共同训练一个模型,能够降低数据泄露风险。但研究发现,通过模型参数仍能推断出用户隐私信息。对此,许多研究提出了模型隐私保护聚合方法。此外,恶意用户可通过提交精心构造的投毒模型破坏联邦学习聚合... 联邦学习允许用户通过交换模型参数共同训练一个模型,能够降低数据泄露风险。但研究发现,通过模型参数仍能推断出用户隐私信息。对此,许多研究提出了模型隐私保护聚合方法。此外,恶意用户可通过提交精心构造的投毒模型破坏联邦学习聚合,且模型在隐私保护下聚合,恶意用户可以实施更加隐蔽的投毒攻击。为了在实现隐私保护的同时抵抗投毒攻击,提出了一种隐私保护联邦学习鲁棒聚合方法PRFL。PRFL不仅能够有效防御拜占庭用户发起的投毒攻击,还保证了本地模型的隐私性、全局模型的准确性和高效性。首先,提出了一种双服务器结构下轻量级模型隐私保护聚合方法,实现模型隐私保护聚合,同时保证全局模型的准确性并且不会引入开销问题;然后,提出了一种密态模型距离计算方法,在不暴露本地模型参数的同时允许双方服务器计算出模型距离,并基于该方法和局部离群因子算法(Local Outlier Factor,LOF)设计了一种投毒模型检测方法;最后,对PRFL的安全性进行了分析。在两种真实图像数据集上的实验结果表明:无攻击时,PRFL可以取得与FedAvg相近的模型准确率;PRFL在数据独立同分布(IID)和非独立同分布(Non-IID)设置下能有效防御3种先进的投毒攻击,并优于现有的Krum,Median,Trimmed mean方法。 展开更多
关键词 联邦学习 隐私保护 投毒攻击 鲁棒聚合 离群值
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基于同态加密的可验证隐私保护联邦学习方案 被引量:2
12
作者 郭显 王典冬 +2 位作者 冯涛 成玉丹 蒋泳波 《电子与信息学报》 北大核心 2025年第4期1113-1125,共13页
现有基于同态加密的联邦学习安全和隐私保护方案中,仍面临着服务器伪造聚合结果或与用户合谋导致隐私数据泄露风险。针对上述问题,该文提出抗合谋的隐私保护和可验证联邦学习方案。首先,通过结合秘密共享算法实现密钥的生成和协作解密,... 现有基于同态加密的联邦学习安全和隐私保护方案中,仍面临着服务器伪造聚合结果或与用户合谋导致隐私数据泄露风险。针对上述问题,该文提出抗合谋的隐私保护和可验证联邦学习方案。首先,通过结合秘密共享算法实现密钥的生成和协作解密,并采用同态加密等密码学原语进一步保护模型,防止用户与服务器的合谋攻击。然后基于双线性聚合签名算法使每个用户能够独立验证服务器提供的聚合结果。同时,为了鼓励更多拥有高质量数据的用户参与进来,该文提出一种激励机制,为用户提供相应的奖励。安全性分析表明,该文方案对系统中存在的合谋攻击具有鲁棒性。最后,理论分析和实验验证结果表明该方案具有可靠性、可行性和有效性。 展开更多
关键词 联邦学习 同态加密 隐私保护 可验证
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图联邦学习:问题、方法与挑战 被引量:1
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作者 王鑫 熊书博 孙凌云 《计算机科学》 北大核心 2025年第1期362-373,共12页
图作为一种高效、灵活、通用的数据结构,在多个学科领域得到了广泛应用。近年来,基于图的深度学习算法不断涌现,并在社交网络、生物信息学、推荐系统等领域取得显著成效。尽管公开的图数据量在增加,但高质量的数据往往分散在不同的数据... 图作为一种高效、灵活、通用的数据结构,在多个学科领域得到了广泛应用。近年来,基于图的深度学习算法不断涌现,并在社交网络、生物信息学、推荐系统等领域取得显著成效。尽管公开的图数据量在增加,但高质量的数据往往分散在不同的数据所有者手中。随着社会对数据隐私保护要求的提高,现有的图学习算法面临着许多挑战。图联邦学习作为一种有效的解决方案应运而生。文中系统回顾了图联邦学习领域近五年的研究进展,将该领域的核心问题划分为3个部分,并在结构上进行了垂直整合,在关系上进行了递进阐述,包括:1)原始图数据差异导致的结构异构性;2)图联邦特性导致的模型聚合问题;3)模型整体调优方面的挑战。针对每个问题,详细分析了代表性工作及其优缺点,并总结了图联邦学习领域的典型应用和未来挑战。 展开更多
关键词 联邦学习 图神经网络 图联邦学习 隐私计算
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智能物联网中高效安全的自适应量化联邦学习 被引量:2
14
作者 马海英 沈金宇 +2 位作者 杨天玲 仇健 王占君 《计算机应用研究》 北大核心 2025年第8期2503-2510,共8页
针对现有自适应量化联邦学习存在参与者本地模型参数隐私泄露的问题,提出一种适合智能物联网的高效安全的自适应量化联邦学习方案。该方案利用自适应量化技术减少参与者的通信开销,设置两个聚合服务器,将Diffie-Hellman密钥交换协议、... 针对现有自适应量化联邦学习存在参与者本地模型参数隐私泄露的问题,提出一种适合智能物联网的高效安全的自适应量化联邦学习方案。该方案利用自适应量化技术减少参与者的通信开销,设置两个聚合服务器,将Diffie-Hellman密钥交换协议、秘密共享方案和不经意传输协议相结合,构造一种保护本地模型参数隐私的安全聚合协议,并在合理假设下证明所提方案的安全性。实验结果表明该方案能够获得较高准确率的全局模型,极大减少了参与者的通信开销和隐私保护计算开销,非常适用于智能物联网中资源受限的轻量级物联网设备。 展开更多
关键词 联邦学习 隐私保护 自适应量化 秘密共享 不经意传输协议
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一种自适应的网格化联邦学习客户端调度算法 被引量:1
15
作者 吴家皋 蒋宇栋 刘林峰 《南京邮电大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第1期79-89,共11页
针对联邦学习(Federated Learning,FL)系统异构性而导致的训练性能下降问题,提出了一种自适应的网格化联邦学习客户端调度算法。首先,全面考虑FL的异构性特点,将3种异构性分别定义为3个独立的维度,包括训练速度、数据量和数据分布维度,... 针对联邦学习(Federated Learning,FL)系统异构性而导致的训练性能下降问题,提出了一种自适应的网格化联邦学习客户端调度算法。首先,全面考虑FL的异构性特点,将3种异构性分别定义为3个独立的维度,包括训练速度、数据量和数据分布维度,提出了一种新的FL客户端三维网格模型,并将所有客户端分配到该模型中相应的单元格内,以对其进行分类管理。在此基础上,为了克服传统启发式算法的不足,提出了一种基于多臂老虎机的网格化客户端调度算法,该算法能自适应地选择模型精度较低的单元格中的客户端子集参与每轮的FL训练,以改善客户端选择的公平性。仿真实验表明,与几种相关的最新FL算法相比,所提出的算法能显著提高模型精度,同时减少训练时间,从而验证了其有效性。 展开更多
关键词 联邦学习 异构性 三维网格 客户端选择 多臂老虎机
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自适应聚类中心个数选择:一种联邦学习的隐私效用平衡方法 被引量:1
16
作者 宁博 宁一鸣 +3 位作者 杨超 周新 李冠宇 马茜 《电子与信息学报》 北大核心 2025年第2期519-529,共11页
联邦学习是一种分布式机器学习方法,它使多个设备或节点能够协作训练模型,同时保持数据的本地性。但由于联邦学习是由不同方拥有的数据集进行模型训练,敏感数据可能会被泄露。为了改善上述问题,已有相关工作在联邦学习中应用差分隐私对... 联邦学习是一种分布式机器学习方法,它使多个设备或节点能够协作训练模型,同时保持数据的本地性。但由于联邦学习是由不同方拥有的数据集进行模型训练,敏感数据可能会被泄露。为了改善上述问题,已有相关工作在联邦学习中应用差分隐私对梯度数据添加噪声。然而在采用了相应的隐私技术来降低敏感数据泄露风险的同时,模型精度和效果因为噪声大小的不同也受到了部分影响。为解决此问题,该文提出一种自适应聚类中心个数选择机制(DP-Fed-Adap),根据训练轮次和梯度的变化动态地改变聚类中心个数,使模型可以在保持相同性能水平的同时确保对敏感数据的保护。实验表明,在使用相同的隐私预算前提下DP-Fed-Adap与添加了差分隐私的联邦相似算法(FedSim)和联邦平均算法(FedAvg)相比,具有更好的模型性能和隐私保护效果。 展开更多
关键词 联邦学习 差分隐私保护 梯度聚类 自适应选择
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基于联邦学习的代价敏感卷积神经网络分类方法 被引量:1
17
作者 王丹 吴腾 +2 位作者 于振华 李冠琛 马志强 《西安科技大学学报》 北大核心 2025年第3期591-606,共16页
为解决传统分布式学习方法在训练分类模型时面临的数据隐私泄露和类不平衡问题,提出了一种基于联邦学习的代价敏感卷积神经网络分类方法(Fed-CoSen)。该方法基于联邦学习框架,通过量化客户端数据的不平衡度,采用加权联邦平均策略进行全... 为解决传统分布式学习方法在训练分类模型时面临的数据隐私泄露和类不平衡问题,提出了一种基于联邦学习的代价敏感卷积神经网络分类方法(Fed-CoSen)。该方法基于联邦学习框架,通过量化客户端数据的不平衡度,采用加权联邦平均策略进行全局模型训练,确保客户端数据的隐私性以及全局模型聚合过程的公平性;结合自适应平衡交叉熵损失函数和代价敏感卷积神经网络,优化客户端局部模型的分类性能。结果表明:在CIFAR-10数据集上模拟的2种联邦学习类不平衡场景、COVID-19数据集上模拟的医疗类不平衡场景中,与对比试验中的最佳方法Fed-Focal相比,Fed-CoSen在精确度上平均提升了1.84%,在召回率上平均提升了1.88%,在F1分数上平均提升了1.87%;充分验证了该方法在保护数据隐私的前提下,处理类不平衡数据分类任务中的有效性和适用性。 展开更多
关键词 联邦学习 类不平衡 加权聚合 深度学习 分类
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联邦原型学习的特征图中毒攻击和双重防御机制 被引量:2
18
作者 王瑞锦 王金波 +3 位作者 张凤荔 李经纬 李增鹏 陈厅 《软件学报》 北大核心 2025年第3期1355-1374,共20页
联邦学习是一种无需用户共享私有数据、以分布式迭代协作训练全局机器学习模型的框架.目前流行的联邦学习方法FedProto采用抽象类原型(称为特征图)聚合,优化模型收敛速度和泛化能力.然而,该方法未考虑所聚合的特征图的正确性,而错误的... 联邦学习是一种无需用户共享私有数据、以分布式迭代协作训练全局机器学习模型的框架.目前流行的联邦学习方法FedProto采用抽象类原型(称为特征图)聚合,优化模型收敛速度和泛化能力.然而,该方法未考虑所聚合的特征图的正确性,而错误的特征图可能导致模型训练失效.为此,首先探索针对FedProto的特征图中毒攻击,论证攻击者只需通过置乱训练数据的标签,便可将模型的推测准确率至多降低81.72%.为了抵御上述攻击,进一步提出双重防御机制,分别通过全知识蒸馏和特征图甄别排除错误的特征图.基于真实数据集的实验表明,防御机制可将受攻击模型的推测准确率提升1-5倍,且仅增加2%系统运行时间. 展开更多
关键词 联邦学习 数据异构 知识蒸馏 特征图中毒攻击 双重防御机制
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面向异构数据的安全自适应联邦学习框架 被引量:2
19
作者 李功丽 刘芳芳 +1 位作者 雷宏志 王梦涛 《计算机应用研究》 北大核心 2025年第5期1523-1531,共9页
联邦学习(FL)作为一种分布式学习范式,实现了本地训练和远程聚合,可以有效保护用户数据的安全。但是,也产生了推理攻击和投毒攻击等一系列问题,特别是在数据异构场景下投毒检测变得更加困难。针对上述问题,在数据异构场景下提出了一种... 联邦学习(FL)作为一种分布式学习范式,实现了本地训练和远程聚合,可以有效保护用户数据的安全。但是,也产生了推理攻击和投毒攻击等一系列问题,特别是在数据异构场景下投毒检测变得更加困难。针对上述问题,在数据异构场景下提出了一种安全自适应联邦学习方案(SAFL)。首先,SAFL利用边缘节点之间的相似性设计了一种聚类分层的隐私保护FL架构,并提出了基于零共享的轻量级FL安全求和协议,在保护模型参数隐私性的同时防止边缘节点与服务器之间合谋;然后,构造了一种密文下投毒检测方案并根据检测结果自适应裁剪确定簇内聚合系数,提高模型的鲁棒性;其次,提出了基于Wasserstein距离的自适应簇间聚合方案,增强全局模型的精度;最后,对SAFL进行安全分析,并将SAFL与现有方案进行比较。结果表明,在数据异构和盲化模型参数的情况下,SAFL仍能够有效检测恶意边缘节点,模型准确率提高约6.2%~45.6%,优于现有方案,并保持较低的计算和通信成本。 展开更多
关键词 联邦学习 隐私保护 投毒攻击检测 零共享 自适应聚合 安全余弦相似度
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基于联邦学习的工控机业务行为分布式安全检测 被引量:1
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作者 李健俊 王万江 +4 位作者 陈鹏 张帅 张利宏 李威 董惠良 《计算机集成制造系统》 北大核心 2025年第3期841-854,共14页
工业互联网时代,不同厂商希望通过共享本地数据得到更完善的安全检测模型,但接入互联网后本地数据更易遭到窃取,而联邦学习可以通过交换模型参数的方式达到数据隐私保护和共享的目的。现有针对工业计算机的安全检测方法还存在一些缺陷:... 工业互联网时代,不同厂商希望通过共享本地数据得到更完善的安全检测模型,但接入互联网后本地数据更易遭到窃取,而联邦学习可以通过交换模型参数的方式达到数据隐私保护和共享的目的。现有针对工业计算机的安全检测方法还存在一些缺陷:①很少考虑从业务行为方面提取特征模型;②难以解决本地数据被篡改而导致的模型偏移问题;③检测系统前端检测、后端分析的网络结构会增加从后端管理网到前端控制网之间的通信通道,从而给管理网引入新的攻击路径。针对上述问题,提出基于联邦学习的工控机业务行为分布式安全检测方法,包括工控机业务行为特征检测方法、基于信息熵分配权重的联邦学习模型聚合方法、基于转发硬件的数据传输重构方法;能够提高针对工控应用协议的攻击识别准确率,减轻工业控制计算机数据污染导致的模型偏移,防止攻击者利用管理网的分析后台进行远程攻击;实现了原型系统,并在卷接设备控制系统中进行了实验验证,与采用非业务行为建模的相关方法相比,所提方法对中间人攻击和远程攻击检测准确率分别提高了17%和24%;在自有和公开数据集上的验证结果表明,方法比常用的3种聚合算法的准确率提高了0.6%~2.4%,遭到数据毒化攻击后,所提方法准确率下降为0.6%和1.1%,而其他算法下降了1.1%~7.5%和1.5%~4.5%;并能够防止攻击者利用管理网检测后台漏洞发起向控制网的远程攻击,减小攻击面。 展开更多
关键词 工业控制系统 业务行为检测 联邦学习 数据毒化 攻击过滤
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