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Dual-channel meta-federated graph learning with robust aggregation and privacy enhancement
Future Generation Computer Systems ( IF 6.2 ) Pub Date : 2024-12-24 , DOI: 10.1016/j.future.2024.107677 Jingtong Huang, Xu Ma, Yuan Ma, Kehao Chen, Xiaoyu Zhang
Future Generation Computer Systems ( IF 6.2 ) Pub Date : 2024-12-24 , DOI: 10.1016/j.future.2024.107677 Jingtong Huang, Xu Ma, Yuan Ma, Kehao Chen, Xiaoyu Zhang
Graph neural networks (GNNs) are effective for graph-based node classification tasks, such as data mining and recommendation systems. Combining federated learning(FL) with GNN enables multiple participants to collaboratively train powerful models without sharing private data. However, subgraph-level FL faces challenges, including missing cross-client edges and non-IID data distributions. Additionally, ensuring security in non-fully trusted environments is a critical concern. To address these issues, we propose RMFGL (R obust M eta F ederated G raph L earning), a framework for subgraph-level node classification. RMFGL integrates cross-client information through pre-feature aggregation and leverages model-agnostic meta-learning (MAML) to optimize meta-parameters with minimal federated updates. For robustness, we employ a GCN architecture with dual-channel attention aggregation, while Multi-key Fully Homomorphic Encryption (MKFHE) ensures privacy during training. Experimental results on Cora, CiteSeer, PubMed and Coauthor-CS datasets show that RMFGL achieves up to a 2x accuracy improvement with minimal fine-tuning compared to baseline methods and outperforms state-of-the-art techniques. Notably, RMFGL significantly enhances robustness against malicious clients, with up to 100x improvement in stability, while maintaining strong performance with non-IID data.
中文翻译:
双通道元联邦图学习,具有强大的聚合和隐私增强
图形神经网络 (GNN) 对于基于图形的节点分类任务非常有效,例如数据挖掘和推荐系统。将联邦学习 (FL) 与 GNN 相结合,使多个参与者能够在不共享私人数据的情况下协作训练强大的模型。然而,子图级 FL 面临挑战,包括缺少跨客户端边缘和非 IID 数据分布。此外,确保非完全可信环境中的安全性也是一个关键问题。为了解决这些问题,我们提出了 RMFGL (Robust Meta Federated Graph Learning),这是一个用于子图级节点分类的框架。RMFGL 通过特征前聚合集成跨客户端信息,并利用与模型无关的元学习 (MAML) 以最少的联合更新来优化元参数。为了提高稳健性,我们采用了具有双通道注意力聚合的 GCN 架构,而多密钥全同态加密 (MKFHE) 可确保训练期间的隐私。在 Cora 、 CiteSeer 、 PubMed 和 Coauthor-CS 数据集上的实验结果表明,与基线方法相比,RMFGL 以最少的微调实现了高达 2 倍的准确率提升,并且优于最先进的技术。值得注意的是,RMFGL 显著增强了针对恶意客户端的稳健性,稳定性提高了 100 倍,同时在处理非 IID 数据时保持了强大的性能。
更新日期:2024-12-24
中文翻译:
双通道元联邦图学习,具有强大的聚合和隐私增强
图形神经网络 (GNN) 对于基于图形的节点分类任务非常有效,例如数据挖掘和推荐系统。将联邦学习 (FL) 与 GNN 相结合,使多个参与者能够在不共享私人数据的情况下协作训练强大的模型。然而,子图级 FL 面临挑战,包括缺少跨客户端边缘和非 IID 数据分布。此外,确保非完全可信环境中的安全性也是一个关键问题。为了解决这些问题,我们提出了 RMFGL (Robust Meta Federated Graph Learning),这是一个用于子图级节点分类的框架。RMFGL 通过特征前聚合集成跨客户端信息,并利用与模型无关的元学习 (MAML) 以最少的联合更新来优化元参数。为了提高稳健性,我们采用了具有双通道注意力聚合的 GCN 架构,而多密钥全同态加密 (MKFHE) 可确保训练期间的隐私。在 Cora 、 CiteSeer 、 PubMed 和 Coauthor-CS 数据集上的实验结果表明,与基线方法相比,RMFGL 以最少的微调实现了高达 2 倍的准确率提升,并且优于最先进的技术。值得注意的是,RMFGL 显著增强了针对恶意客户端的稳健性,稳定性提高了 100 倍,同时在处理非 IID 数据时保持了强大的性能。