一、基本資訊、前置知識

1.1 基本資訊

《Decentralized Privacy Using Blockchain-Enabled Federated Learning in Fog Computing》

作者：Youyang Qu; Longxiang Gao; Tom H. Luan; Yong Xiang; Shui Yu; Bai Li; Gavin Zheng

出版刊物：IEEE Internet of Things Journal ( Volume: 7, Issue: 6)

年份：June 2020

期刊影響因子/磁區：2021年9.47/Q1

1.2 前置知識

霧計算

百度百科：

霧計算（Fog Computing），在該模式中資料、（資料）處理和應用程式集中在網路邊緣的設備中，而不是幾乎全部保存在云中，是云計算（Cloud Computing）的延伸概念，由思科（Cisco）提出的，這個因“云”而“霧”的命名源自“霧是更貼近地面的云”這一名句，

霧計算和云計算一樣，十分形象，云在天空飄浮，高高在上，遙不可及，刻意抽象；而霧卻現實可及，貼近地面，就在你我身邊，霧計算并非由性能強大的服務器組成，而是由性能較弱、更為分散的各類功能計算機組成，滲入工廠、汽車、電器、街燈及人們物質生活中的各類用品，

霧計算不是具體的一種演算法，而是偏向一種新型的應用概念

二、解決的問題

分布式隱私：融合區塊鏈和聯邦學習框架解決霧計算的單點隱私問題, 通過區塊鏈解決隱私保護

去中心化實作的隱私保護
投毒攻擊證明：區塊鏈系統提供non-tempering特點實作投毒攻擊的評估
高效率：一方面聯邦學習只交換梯度引數，第二方面區塊鏈只存盤指標，資料通過鏈下的分布式Hash表存盤

三、創新的方法

3.1 FL-Block體系框架

[外鏈圖片轉存失敗,源站可能有防盜鏈機制,建議將圖片保存下來直接上傳(img-RcNZOIy8-1627366185946)(http://xwjpics.gumptlu.work/qinniu_uPic/P6vXDd.png)]

在FL-Block的框架中，區塊的區塊體中保存所有本地設備的模型更新, 對于每個設備來說包括：
- 在每個epoch的 ( w i ( l ) , { ? f k ( w ( l ) ) } s k ∈ S i ) (w_i^{(l)}, \{ \nabla f_k(w^{(l)}) \}_{s_k \in S_i}) (wi(l)?,{?fk?(w(l))}sk?∈Si??)?
- 本地計算時間
后面的式子可以簡單理解: (此次引數，此次引數的變化量)
每個區塊的大小被定義為$h + \delta_m N_V $
- h h h代表區塊頭大小
- δ m \delta_m δm??代表模型更新大小
每一個礦工Miner擁有一個與其相關聯的設備或者其他Miner的充滿了本地模型更新資料的候選區塊(未上鏈區塊),寫入區塊資料的程序直到達到區塊的最大資料量或者達到等待時間 T w a i t T_{wait} Twait??
區塊的生成速度 λ \lambda λ（在區塊頭）可以被POW的難度控制,即POW的難度越大/區塊目標值越小,區塊生成速率 λ \lambda λ?越小
系統獎勵分為資料獎勵和挖掘獎勵
一個初步的驗證是：通過比較樣本大小 N i N_i Ni?與其相關聯的計算時間 T l o c a l , i ( l ) T_{local,i}^{(l)} Tlocal,i(l)? (樣本數量與其對應的計算時間是相關的,所以兩者不匹配就會錯誤) 這在實際中可以由英特爾的軟體保護擴展(Intel’s software guard extensions)來保證

體系框架這部磁區塊鏈設計可以看《Blockchained_On-Device_Federated_Learning》論文，因為和它一模一樣…….emmm, 估計后面的時間效率分析也是一摸一樣了….抄襲過于明顯了.

演算法程序如下：

[外鏈圖片轉存失敗,源站可能有防盜鏈機制,建議將圖片保存下來直接上傳(img-glOQst7O-1627366185947)(http://xwjpics.gumptlu.work/qinniu_uPic/hYm71k.png)]

3.2 去中心化隱私機制

霧服務器（fog server）的網路被稱為分布式Hash表(DHT)

為建立區塊，提出了混合身份、區塊鏈記憶體、策略、輔助功能

混合身份(Hybrid identity)

傳統公私鑰機制的區塊鏈身份可以大量的制造假身份

私人化的定制一套身份來實作訪問控制

u 0 u_0 u0?代表唯一終端設備標識者
u g u_g ug?代表客戶端設備即身份接受者

身份構建程序：

混合身份公開的部分：

混合身份總體:

(如果分別寫g1,g2則是一個十元組，現在用 i , i = 1 , 2 i, i=1,2 i,i=1,2來簡寫為五元組)

貌似就是將公私鑰體系用元組表示了起來，代替了中心化的PKI認證

區塊鏈記憶體(memory of blockchain)與Policy

根據區塊鏈記憶體，設BM為記憶體空間，我們有 B M : { 0 , 1 } 256 → { 0 , 1 } n BM: \{0,1\}^{256}→\{0,1\}^n BM:{0,1}256→{0,1}n，其中 N > > 256 N >> 256 N>>256，這足以存盤大資料檔案，

模型更新中的前兩個輸出編碼為256位記憶體地址指標以及一些輔助元資料，其他輸出被用來構建序列化的檔案，

如果查詢L[k]，則回傳具有最新時間戳的模型更新，此設定允許插入、洗掉和更新操作，

kv資料庫？key的大小為256位 -> value就是模型資料

我們將策略 p u p_u pu?定義為終端設備v可以從特定服務獲得的一系列權限，

if v needs to read, update, and delete a dataset, then P v = r e a d , u p d a t e , d e l e t e . P_v = read, update, delete. Pv?=read,update,delete.?