Blockchain Empowered Asynchronous Federated Learning for Secure Data Sharing in IoV

1)提出了一种区块链DAG混合模型,它由一个主许可区块链(由路边单元RSU维护)和一个局部有向无环图(由车辆运行,以实现车辆间的数据共享)组成。
2)提出了一种异步联邦学习方案,挑选参与节点来提高效率,节点选择算法。
3)通过将学习的参数整合到区块链模型中,并通过两阶段验证来验证这些参数的质量,从而提高学习模型的可靠性。

引言

IOV中移动车辆产生大量不同的数据:轨迹、交通信息、多媒体信息等附加数据。高效利用数据,提升乘车体验。数据共享面临:

  1. 车辆之间的通信不可靠;
  2. 安全和隐私。

MEC(多访问边缘计算):设备到设备通信,实现边缘设备信息共享。安全问题没有解决。
区块链技术:路边单元维护联盟链,维护区块链产生额外的计算和通信。研究重点:消除AI和区块链整合的资源消耗。
联邦学习:分布式隐私保护边缘计算。局部训练,梯度下降优化算法,将参数送到服务器进行聚合。
车辆系统中的问题:

  • 区块链计算效率
  • 数据质量
  • 联合学习的延迟,异构通信和计算

基于区块链异步联邦学习

车辆Vi:发出对于路况或者路径的请求。不诚实的,可能会提供恶意的本地模型。计算率和通信率。我们会量化模型的质量。
RSU和MBS基站节点。<

### 关于区块链与联邦学习结合的最新研究 #### 技术背景与发展现状 区块链技术和联邦学习的结合旨在解决数据隐私保护、模型训练过程中的信任问题以及分布式环境下的安全性挑战。通过引入区块链作为去中心化的记录工具,可以增强联邦学习系统的透明性和可靠性[^1]。 在最新的研究成果中,《Federated Learning With Blockchain for Autonomous Vehicles: Analysis and Design Challenges》探讨了自动驾驶场景下如何利用区块链来保障联邦学习的安全性,并分析了设计过程中面临的各种挑战。另一篇论文《Decentralized Federated Learning for Electronic Health Records》则专注于电子健康记录领域,提出了基于区块链的去中心化联邦学习框架,用于提高医疗数据分析的效率和隐私保护水平。 #### 声誉评估机制的研究进展 针对联邦学习中存在的恶意参与者或低质量贡献者问题,《Blockchain Empowered Reliable Federated Learning by Worker Selection:A Trustworthy Reputation Evaluation Method》提出了一种基于声誉评价的方法,该方法能够筛选出高质量的工作节点并排除潜在威胁,从而提升整个系统的鲁棒性[^2]。 #### 共识协议的设计优化 在实际应用层面,《FLchain: Federated Learning via MEC-enabled Blockchain Network》深入讨论了边缘计算支持下的区块链网络实现细节。特别是在共识协议部分(H. Consensus Protocol),强调了区块有效性验证的重要性&mdash;&mdash;即每个参与方都需要独立计算全局模型状态树并与广播结果对比,只有当多数节点认可时才能完成新区块加入操作[^3]。 综上所述,在当前学术界对于“区块链+联邦学习”的探索方向主要包括但不限于以下几个方面: - 提升系统整体安全性能; - 构建更高效的激励机制吸引优质资源投入; - 设计适应不同应用场景的具体解决方案; 以下是几个具体示例代码片段展示如何模拟简单版本的上述概念: ```python import hashlib def calculate_model_state_hash(model_parameters): """ 计算全局模型参数的状态哈希值 """ serialized_params = str(list(model_parameters.values())).encode('utf-8') return hashlib.sha256(serialized_params).hexdigest() # 示例:假设我们有两个不同的模型参数字典 model_1 = {'w1': 0.5, 'b1': 0.2} model_2 = {'w1': 0.7, 'b1': -0.3} hash_1 = calculate_model_state_hash(model_1) hash_2 = calculate_model_state_hash(model_2) print(f"Model 1 Hash: {hash_1}") print(f"Model 2 Hash: {hash_2}") if hash_1 != hash_2: print("The two models are different.") else: print("The two models have the same state.") ``` 此段脚本展示了基本原理之一是如何通过对模型参数序列化后再生成唯一标识符来进行一致性校验的过程。
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