联邦学习(FL)中,异构差分隐私(HDP)允许客户端根据自身策略和数据敏感度选择不同的隐私预算(ε_i)。现有HDP-FL系统常采用ε感知的服务器聚合,通过根据客户端声明的隐私预算重新加权其梯度更新来提升模型效用。然而,联邦学习中的梯度更新保留了由非独立同分布(non-IID)数据引起的结构模式,这些额外信号为诚实但好奇的服务器提供了新的推断机会。本文首先展示了一种隐私推理攻击:服务器利用梯度去噪和代理建模,在现实知识约束下,能够推断客户端的分布属性并在训练轮次间链接同一客户端的更新,通过代理推断准确率和链接成功率衡量。Shuffle-Model作为一种防御手段,通过匿名化更新来源来抵御此类风险,但其与HDP-FL的ε感知聚合本质不兼容。为解决此矛盾,本文提出IntraShuffler,一种面向HDP-FL系统的中间件防御框架。IntraShuffler引入隐私感知的洗牌机制:将客户端分组到隐私兼容的桶中,在每个桶内执行参数级洗牌,以破坏持续的梯度结构,同时保留ε感知聚合。在四个不同数据集上的实验表明,IntraShuffler将梯度可恢复性降低超过60%,代理推断准确率从0.78降至0.33,同时在不同FL聚合规则下保持了可比的模型效用。
💡 推荐理由: 揭示了HDP-FL中ε感知聚合的隐私漏洞,并提出了一种兼容的防御方案,对联邦学习隐私保护实践有重要指导意义。
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