计算机应用

作者：云健, 高新茹, 刘涛, 毕文洁

单位：大连民族大学 计算机科学与工程学院，辽宁 大连 116600

关键词：联邦学习,稀疏三元压缩,通信效率,同态加密,隐私保护

基金：中国高等教育学会全国高校数字思政精品项目(GJXHSZSZZY023)

针对在联邦学习中实施隐私保护机制会加剧系统通信负担，而当试图提升系统通信效率时，又会牺牲模型精度的问题，设计了一种兼顾高效性和安全性的联邦学习方案FedPSR（Federated Parameter Sparsification with secure aggregation and Reconstruction）。该方案旨在平衡由时间复杂度与通信开销构成的模型通信效率和隐私安全性。首先，利用稀疏三元压缩（STC）算法的参数稀疏化策略将待上传的模型参数压缩为三元组形式，以减少数据传输量；其次，为弥补因参数压缩带来的信息损失，采用错误反馈机制将上一轮压缩产生的误差累加至下一轮本地更新后的梯度；最后，采用Paillier同态加密技术保证了模型在高效通信前提下的参数传输及聚合过程的隐私安全。在多个公开数据集上将FedPSR与当前前沿方案在独立同分布（IID）及非独立同分布（Non-IID）的数据场景下进行对比分析，实验结果表明，FedPSR解决了现存方案无法在时间复杂度、通信开销、隐私保护间取得平衡的问题，且在3个主流数据集的IID与Non-IID条件下都有效提高了模型的精度、收敛性及鲁棒性。

来源：2025年第11期

《计算机应用》期刊编辑部

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