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HEAFed:同态加密的高效通信异步联邦学习算法

王斌 郑兵 陈运

计算机应用研究2026,Vol.43Issue(5):1511-1519,9.
计算机应用研究2026,Vol.43Issue(5):1511-1519,9.DOI:10.19734/j.issn.1001-3695.2025.08.0375

HEAFed:同态加密的高效通信异步联邦学习算法

HEAFed:homomorphic encryption-based communication-efficient asynchronous federated learning algorithm

王斌 1郑兵 2陈运2

作者信息

  • 1. 佳木斯大学信息电子技术学院 信息电子技术学院黑龙江省自主智能与信息处理重点实验室,黑龙江佳木斯 154007||佳木斯大学信息电子技术学院 佳木斯市卫星导航技术与装备工程技术重点实验室,黑龙江佳木斯 154007||佳木斯大学科技处,黑龙江佳木斯 154007
  • 2. 佳木斯大学信息电子技术学院 信息电子技术学院黑龙江省自主智能与信息处理重点实验室,黑龙江佳木斯 154007||佳木斯大学信息电子技术学院 佳木斯市卫星导航技术与装备工程技术重点实验室,黑龙江佳木斯 154007
  • 折叠

摘要

Abstract

Federated learning systems face risks of privacy data theft by attackers or semi-honest servers,and also suffer from low accuracy and inefficiency in unstable communication environments.To address these issues,this paper proposed an effi-cient communication asynchronous federated learning algorithm based on homomorphic encryption,named HEAFed.The algo-rithm firstly utilized the Chinese remainder theorem(CRT)to compress client parameter updates.It then employed an im-proved Paillier algorithm to encrypt the optimized parameter updates,ensuring user privacy security.Furthermore,it intro-duced an asynchronous aggregation mechanism with parameter adjustment,effectively incorporating the training outcomes of delayed clients.Experiments were conducted on the MNIST and CIFAR-10 datasets.Results show that HEAFed outperforms traditional privacy-preserving federated learning methods in both accuracy and efficiency.It performs especially well in unsta-ble communication environments.Compared with four baseline algorithms,HEAFed improves accuracy by 12.59%to 43.09%.

关键词

联邦学习/隐私保护/同态加密/中国剩余定理

Key words

federated learning/privacy protection/homomorphic encryption/Chinese remainder theorem

分类

信息技术与安全科学

引用本文复制引用

王斌,郑兵,陈运..HEAFed:同态加密的高效通信异步联邦学习算法[J].计算机应用研究,2026,43(5):1511-1519,9.

基金项目

黑龙江省高等学校基本科研业务费优秀创新团队建设项目(2023-KYYWF-0639) (2023-KYYWF-0639)

佳木斯大学博士专项科研基金启动项目(JMSUBZ2022-12) (JMSUBZ2022-12)

计算机应用研究

1001-3695

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