随着机器学习（ml）的进步及其日益增长的意识，许多拥有数据但不是ML专业知识（数据所有者）的组织希望汇集他们的数据并与那些具有专业知识的人合作，但需要来自不同来源的数据，以便训练真正普遍的资料模型（模型所有者）。在这种协作ML中，数据所有者希望保护其培训数据的隐私，而模型所有者希望模型的机密性和可能包含知识产权的培训方法。但是，现有的私人ML解决方案，如联合学习和分裂学习，不能同时满足数据和模型所有者的隐私要求。本文介绍了城可扩展的协作ML系统，可根据英特尔SGX在不受信任的基础架构中保护两个数据所有者和模型所有者的隐私。 CITADEL在代表数据所有者和代表模型所有者运行的多个训练环路中执行分布式训练。 CITADEL通过零和屏蔽和分层聚合进一步在这些外地之间建立了强大的信息屏障，以防止在协同培训期间防止数据/模型泄漏。与现有的SGX保护培训系统相比，Citadel实现了合作ML的更好的可扩展性和更强大的隐私保障。具有各种ML模型的云部署显示，Citadel缩放到大量的环路，由SGX引起的小于1.73x放缓。

由于机器学习（ML）技术和应用正在迅速改变许多计算领域，以及与ML相关的安全问题也在出现。在系统安全领域中，已经进行了许多努力，以确保ML模型和数据机密性。ML计算通常不可避免地在不受信任的环境中执行，并因此需要复杂的多方安全要求。因此，研究人员利用可信任的执行环境（TEES）来构建机密ML计算系统。本文通过在不受信任的环境中分类攻击向量和缓解攻击载体和缓解来进行系统和全面的调查，分析多方ML安全要求，并讨论相关工程挑战。

机器学习中的隐私和安全挑战（ML）已成为ML普遍的开发以及最近对大型攻击表面的展示，已成为一个关键的话题。作为一种成熟的以系统为导向的方法，在学术界和行业中越来越多地使用机密计算来改善各种ML场景的隐私和安全性。在本文中，我们将基于机密计算辅助的ML安全性和隐私技术的发现系统化，以提供i）保密保证和ii）完整性保证。我们进一步确定了关键挑战，并提供有关ML用例现有可信赖的执行环境（TEE）系统中限制的专门分析。我们讨论了潜在的工作，包括基础隐私定义，分区的ML执行，针对ML的专用发球台设计，TEE Awawe Aware ML和ML Full Pipeline保证。这些潜在的解决方案可以帮助实现强大的TEE ML，以保证无需引入计算和系统成本。

联合学习（FL）和分裂学习（SL）是两种新兴的协作学习方法，可能会极大地促进物联网（IoT）中无处不在的智能。联合学习使机器学习（ML）模型在本地培训的模型使用私人数据汇总为全球模型。分裂学习使ML模型的不同部分可以在学习框架中对不同工人进行协作培训。联合学习和分裂学习，每个学习都有独特的优势和各自的局限性，可能会相互补充，在物联网中无处不在的智能。因此，联合学习和分裂学习的结合最近成为一个活跃的研究领域，引起了广泛的兴趣。在本文中，我们回顾了联合学习和拆分学习方面的最新发展，并介绍了有关最先进技术的调查，该技术用于将这两种学习方法组合在基于边缘计算的物联网环境中。我们还确定了一些开放问题，并讨论了该领域未来研究的可能方向，希望进一步引起研究界对这个新兴领域的兴趣。

联合学习（FL）为培训机器学习模型打开了新的观点，同时将个人数据保存在用户场所上。具体而言，在FL中，在用户设备上训练了模型，并且仅将模型更新（即梯度）发送到中央服务器以进行聚合目的。但是，近年来发表的一系列推理攻击泄漏了私人数据，这强调了需要设计有效的保护机制来激励FL的大规模采用。尽管存在缓解服务器端的这些攻击的解决方案，但几乎没有采取任何措施来保护用户免受客户端执行的攻击。在这种情况下，在客户端使用受信任的执行环境（TEE）是最建议的解决方案之一。但是，现有的框架（例如，Darknetz）需要静态地将机器学习模型的很大一部分放入T恤中，以有效防止复杂的攻击或攻击组合。我们提出了GradSec，该解决方案允许在静态或动态上仅在机器学习模型的TEE上进行保护，因此将TCB的大小和整体训练时间降低了30％和56％，相比之下 - 艺术竞争者。

边缘计算是一个将数据处理服务转移到生成数据的网络边缘的范式。尽管这样的架构提供了更快的处理和响应，但除其他好处外，它还提出了必须解决的关键安全问题和挑战。本文讨论了从硬件层到系统层的边缘网络体系结构出现的安全威胁和漏洞。我们进一步讨论了此类网络中的隐私和法规合规性挑战。最后，我们认为需要一种整体方法来分析边缘网络安全姿势，该姿势必须考虑每一层的知识。

传统的深度学习方法（DL）需要在中央服务器上收集和处理的培训数据，这些中央服务器通常在保健等隐私敏感域中挑战。为此，提出了一种新的学习范式，称为联合学习（FL），在解决隐私和数据所有权问题的同时将DL的潜力带到了这些域。 FL使远程客户端能够在保持数据本地时学习共享ML模型。然而，传统的FL系统面临多种挑战，例如可扩展性，复杂的基础设施管理，并且由于空闲客户端而被浪费的计算和产生的成本。 FL系统的这些挑战与无服务器计算和功能 - AS-Service（FAAS）平台旨在解决的核心问题密切对齐。这些包括快速可扩展性，无基础设施管理，自动缩放为空闲客户端，以及每次使用付费计费模型。为此，我们为无服务器FL展示了一个新颖的系统和框架，称为不发烟。我们的系统支持多个商业和自主主机的FAAS提供商，可以在机构数据中心和边缘设备上部署在云端，内部部署。据我们所知，我们是第一个能够在一大面料的异构FAAS提供商中启用FL，同时提供安全性和差异隐私等重要功能。我们展示了全面的实验，即使用我们的系统可以成功地培训多达200个客户功能的不同任务，更容易实现。此外，我们通过将其与传统的FL系统进行比较来证明我们的方法的实际可行性，并表明它可以更便宜，更资源效率更便宜。

联邦学习一直是一个热门的研究主题，使不同组织的机器学习模型的协作培训在隐私限制下。随着研究人员试图支持更多具有不同隐私方法的机器学习模型，需要开发系统和基础设施，以便于开发各种联合学习算法。类似于Pytorch和Tensorflow等深度学习系统，可以增强深度学习的发展，联邦学习系统（FLSS）是等效的，并且面临各个方面的面临挑战，如有效性，效率和隐私。在本调查中，我们对联合学习系统进行了全面的审查。为实现流畅的流动和引导未来的研究，我们介绍了联合学习系统的定义并分析了系统组件。此外，我们根据六种不同方面提供联合学习系统的全面分类，包括数据分布，机器学习模型，隐私机制，通信架构，联合集市和联合的动机。分类可以帮助设计联合学习系统，如我们的案例研究所示。通过系统地总结现有联合学习系统，我们展示了设计因素，案例研究和未来的研究机会。

In recent years, mobile devices are equipped with increasingly advanced sensing and computing capabilities. Coupled with advancements in Deep Learning (DL), this opens up countless possibilities for meaningful applications, e.g., for medical purposes and in vehicular networks. Traditional cloudbased Machine Learning (ML) approaches require the data to be centralized in a cloud server or data center. However, this results in critical issues related to unacceptable latency and communication inefficiency. To this end, Mobile Edge Computing (MEC) has been proposed to bring intelligence closer to the edge, where data is produced. However, conventional enabling technologies for ML at mobile edge networks still require personal data to be shared with external parties, e.g., edge servers. Recently, in light of increasingly stringent data privacy legislations and growing privacy concerns, the concept of Federated Learning (FL) has been introduced. In FL, end devices use their local data to train an ML model required by the server. The end devices then send the model updates rather than raw data to the server for aggregation. FL can serve as an enabling technology in mobile edge networks since it enables the collaborative training of an ML model and also enables DL for mobile edge network optimization. However, in a large-scale and complex mobile edge network, heterogeneous devices with varying constraints are involved. This raises challenges of communication costs, resource allocation, and privacy and security in the implementation of FL at scale. In this survey, we begin with an introduction to the background and fundamentals of FL. Then, we highlight the aforementioned challenges of FL implementation and review existing solutions. Furthermore, we present the applications of FL for mobile edge network optimization. Finally, we discuss the important challenges and future research directions in FL.

网络威胁情报（CTI）共享是减少攻击者和捍卫者之间信息不对称的重要活动。但是，由于数据共享和机密性之间的紧张关系，这项活动带来了挑战，这导致信息保留通常会导致自由骑士问题。因此，共享的信息仅代表冰山一角。当前的文献假设访问包含所有信息的集中数据库，但是由于上述张力，这并不总是可行的。这会导致不平衡或不完整的数据集，需要使用技术扩展它们。我们展示了这些技术如何导致结果和误导性能期望。我们提出了一个新颖的框架，用于从分布式数据中提取有关事件，漏洞和妥协指标的分布式数据，并与恶意软件信息共享平台（MISP）一起证明其在几种实际情况下的使用。提出和讨论了CTI共享的政策影响。拟议的系统依赖于隐私增强技术和联合处理的有效组合。这使组织能够控制其CTI，并最大程度地减少暴露或泄漏的风险，同时为共享的好处，更准确和代表性的结果以及更有效的预测性和预防性防御能力。

Federated learning is a collaborative method that aims to preserve data privacy while creating AI models. Current approaches to federated learning tend to rely heavily on secure aggregation protocols to preserve data privacy. However, to some degree, such protocols assume that the entity orchestrating the federated learning process (i.e., the server) is not fully malicious or dishonest. We investigate vulnerabilities to secure aggregation that could arise if the server is fully malicious and attempts to obtain access to private, potentially sensitive data. Furthermore, we provide a method to further defend against such a malicious server, and demonstrate effectiveness against known attacks that reconstruct data in a federated learning setting.

Differentially private federated learning (DP-FL) has received increasing attention to mitigate the privacy risk in federated learning. Although different schemes for DP-FL have been proposed, there is still a utility gap. Employing central Differential Privacy in FL (CDP-FL) can provide a good balance between the privacy and model utility, but requires a trusted server. Using Local Differential Privacy for FL (LDP-FL) does not require a trusted server, but suffers from lousy privacy-utility trade-off. Recently proposed shuffle DP based FL has the potential to bridge the gap between CDP-FL and LDP-FL without a trusted server; however, there is still a utility gap when the number of model parameters is large. In this work, we propose OLIVE, a system that combines the merits from CDP-FL and LDP-FL by leveraging Trusted Execution Environment (TEE). Our main technical contributions are the analysis and countermeasures against the vulnerability of TEE in OLIVE. Firstly, we theoretically analyze the memory access pattern leakage of OLIVE and find that there is a risk for sparsified gradients, which is common in FL. Secondly, we design an inference attack to understand how the memory access pattern could be linked to the training data. Thirdly, we propose oblivious yet efficient algorithms to prevent the memory access pattern leakage in OLIVE. Our experiments on real-world data demonstrate that OLIVE is efficient even when training a model with hundreds of thousands of parameters and effective against side-channel attacks on TEE.

通信技术和互联网的最新进展与人工智能（AI）启用了智能医疗保健。传统上，由于现代医疗保健网络的高性性和日益增长的数据隐私问题，AI技术需要集中式数据收集和处理，这可能在现实的医疗环境中可能是不可行的。作为一个新兴的分布式协作AI范例，通过协调多个客户（例如，医院）来执行AI培训而不共享原始数据，对智能医疗保健特别有吸引力。因此，我们对智能医疗保健的使用提供了全面的调查。首先，我们在智能医疗保健中展示了近期进程，动机和使用FL的要求。然后讨论了近期智能医疗保健的FL设计，从资源感知FL，安全和隐私感知到激励FL和个性化FL。随后，我们对关键医疗领域的FL新兴应用提供了最先进的综述，包括健康数据管理，远程健康监测，医学成像和Covid-19检测。分析了几个最近基于智能医疗保健项目，并突出了从调查中学到的关键经验教训。最后，我们讨论了智能医疗保健未来研究的有趣研究挑战和可能的指示。

Federated Learning is a distributed machine learning approach which enables model training on a large corpus of decentralized data. We have built a scalable production system for Federated Learning in the domain of mobile devices, based on TensorFlow. In this paper, we describe the resulting high-level design, sketch some of the challenges and their solutions, and touch upon the open problems and future directions.

随着机器学习到达不同的应用领域，与隐私和安全有关的问题正在越来越大。数据持有人希望在利用云中托管的加速器（例如GPU）的同时训练或推断私人数据。云系统容易受到损害数据隐私和计算完整性的攻击者的影响。应对这样的挑战需要将理论隐私算法统一使用硬件安全功能。本文介绍了Darknight，这是一个大型DNN培训的框架，同时保护输入隐私和计算完整性。 Darknight依赖于受信任的执行环境（TEE）和加速器之间的合作执行，其中TEE提供了隐私和完整性验证，而加速器则执行大部分线性代数计算以优化性能。特别是，Darknight使用基于矩阵掩码的自定义数据编码策略来在TEE中创建输入混淆。然后将混淆的数据卸载到GPU，以进行快速线性代数计算。 Darknight的数据混淆策略在云服务器中提供了可证明的数据隐私和计算完整性。虽然先前的作品应对推理隐私，并且不能用于培训，但Darknight的编码方案旨在支持培训和推理。

交叉设备联合学习（FL）是一种分布式学习范例，具有几种挑战，这些挑战将其区分离为传统的分布式学习，每个设备上的系统特征的可变性，以及数百万客户端与主要服务器协调。文献中描述的大多数FL系统是同步的 - 它们从各个客户端执行模型更新的同步聚合。缩放同步FL是挑战，因为增加了并行培训的客户数量导致训练速度的回报递减，类似于大批培训。而且，陷阱妨碍了同步流动训练。在这项工作中，我们概述了一种生产异步流行系统设计。我们的工作解决了上述问题，一些系统设计挑战及其解决方案的草图，并触及了为数百万客户建立生产流系统的原则。凭经验，我们证明异步流量在跨越近一亿台设备时比同步液更快地收敛。特别地，在高并发设置中，异步FL速度快5倍，并且具有比同步FL更小的通信开销差距。

随着物联网，AI和ML/DL算法的出现，数据驱动的医疗应用已成为一种有前途的工具，用于从医学数据设计可靠且可扩展的诊断和预后模型。近年来，这引起了从学术界到工业的广泛关注。这无疑改善了医疗保健提供的质量。但是，由于这些基于AI的医疗应用程序在满足严格的安全性，隐私和服务标准（例如低延迟）方面的困难，因此仍然采用较差。此外，医疗数据通常是分散的和私人的，这使得在人群之间产生强大的结果具有挑战性。联邦学习（FL）的最新发展使得以分布式方式训练复杂的机器学习模型成为可能。因此，FL已成为一个积极的研究领域，尤其是以分散的方式处理网络边缘的医疗数据，以保护隐私和安全问题。为此，本次调查论文重点介绍了数据共享是重大负担的医疗应用中FL技术的当前和未来。它还审查并讨论了当前的研究趋势及其设计可靠和可扩展模型的结果。我们概述了FL将军的统计问题，设备挑战，安全性，隐私问题及其在医疗领域的潜力。此外，我们的研究还集中在医疗应用上，我们重点介绍了全球癌症的负担以及有效利用FL来开发计算机辅助诊断工具来解决这些诊断工具。我们希望这篇评论是一个检查站，以彻底的方式阐明现有的最新最新作品，并为该领域提供开放的问题和未来的研究指示。

To apply federated learning to drug discovery we developed a novel platform in the context of European Innovative Medicines Initiative (IMI) project MELLODDY (grant n{\deg}831472), which was comprised of 10 pharmaceutical companies, academic research labs, large industrial companies and startups. The MELLODDY platform was the first industry-scale platform to enable the creation of a global federated model for drug discovery without sharing the confidential data sets of the individual partners. The federated model was trained on the platform by aggregating the gradients of all contributing partners in a cryptographic, secure way following each training iteration. The platform was deployed on an Amazon Web Services (AWS) multi-account architecture running Kubernetes clusters in private subnets. Organisationally, the roles of the different partners were codified as different rights and permissions on the platform and administrated in a decentralized way. The MELLODDY platform generated new scientific discoveries which are described in a companion paper.

联合学习（FL）作为边缘设备的有希望的技术，以协作学习共享预测模型，同时保持其训练数据，从而解耦了从需要存储云中的数据的机器学习的能力。然而，在规模和系统异质性方面，FL难以现实地实现。虽然有许多用于模拟FL算法的研究框架，但它们不支持在异构边缘设备上进行可扩展的流程。在本文中，我们呈现花 - 一种全面的FL框架，通过提供新的设施来执行大规模的FL实验并考虑丰富的异构流程来区分现有平台。我们的实验表明花卉可以仅使用一对高端GPU在客户尺寸下进行FL实验。然后，研究人员可以将实验无缝地迁移到真实设备中以检查设计空间的其他部分。我们认为花卉为社区提供了一个批判性的新工具，用于研究和发展。

Today's AI still faces two major challenges. One is that in most industries, data exists in the form of isolated islands. The other is the strengthening of data privacy and security. We propose a possible solution to these challenges: secure federated learning. Beyond the federated learning framework first proposed by Google in 2016, we introduce a comprehensive secure federated learning framework, which includes horizontal federated learning, vertical federated learning and federated transfer learning. We provide definitions, architectures and applications for the federated learning framework, and provide a comprehensive survey of existing works on this subject. In addition, we propose building data networks among organizations based on federated mechanisms as an effective solution to allow knowledge to be shared without compromising user privacy.