I AE S In t er na t io na l J o urna l o f   Art if icia l In t ellig ence   ( I J - AI )   Vo l.  1 5 ,   No .   1 ,   Feb r u ar y   2 0 2 6 ,   p p .   878 ~ 887   I SS N:  2 2 5 2 - 8 9 3 8 ,   DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 /ijai.v 15 .i 1 . p p 8 7 8 - 8 8 7           878     J o ur na l ho m ep a g e h ttp : //ij a i . ia esco r e. co m   G ra dien desce nt  o ptimiza tion ba se d weighte d f edera ted  lea rning  f o r priva cy - preserv ing  f ra mewo rk       G urura j   P ra ka s h M urt hy ,   C ha nd ra s hek ha P o m u Cha v a n   D e p a r t me n t   o f   C o mp u t e r   S c i e n c e   a n d   En g i n e e r i n g ,   P ES   U n i v e r si t y ,   B a n g a l o r e ,   I n d i a       Art icle  I nfo     AB S T RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   J u n   9 ,   2 0 2 5   R ev is ed   Dec   3 0 ,   2 0 2 5   Acc ep ted   J an   2 2 ,   2 0 2 6       F e d e ra ted   lea rn in g   (F L)  is  a   d iss e m in a ted   m a c h in e   lea rn in g   ( M L)   p a ra d ig m   th a g a i n e d   si g n ifi c a n c o n sid e r a ti o n   in   m o d e rn   d a y s,   p a rti c u l a rly   in   a   d o m a in   o t h e   in ter n e o th i n g (Io T).   F sa v e c o m m u n ica ti o n   b a n d wi d th   wh e n   c o m p a re d   to   c e n tralize d   M p ro c e ss e b y   e li m in a ti n g   th e   n e e d   to   tran sm it   ra c li e n d a ta  to   a   c e n t ra se rv e r,   th e re b y   e n h a n c i n g   d a t a   p riv a c y .   Ne v e rth e les s,  p a rti c ip a n p r iv a c y   is  stil c o m p r o m ise d   th ro u g h   in fe re n c e   a tt a c k a n d   sim il a th re a ts.  Ad d it io n a ll y ,   a   d a ta  e x c e ll e n c e   p ro v i d e d   th r o u g h   c li e n ts  c a n   d iffers   si g n if ica n tl y ,   a n d   e x c e ss iv e   i n c lu s i o n   o l o w - q u a li ty   d a ta   d u ri n g   train in g   m a y   d e g ra d e   t h e   o v e ra ll   p e rfo rm a n c e   o f   t h e   g lo b a m o d e l.   He n c e ,   th is  re se a rc h   in tr o d u c e a   g ra d ien t   d e sc e n o p ti m iza ti o n   a ss isted   we ig h ted   fe d e ra ted   lea rn i n g   (G DO - WF L)  m e th o d   f o p riv a c y   p re se rv a ti o n .   Th e   p ro p o se d   G DO - WF a p p r o a c h   is   sig n ifi c a n tl y   e fficie n t   a it   st re n g th e n s   p riv a c y   p re se rv a ti o n   th r o u g h   re d u c in g   e x p o su re   t o   in fe re n c e   a t tac k a n d   o p ti m ise g ra d ien t   u p d a tes   fo r   s e c u re   lea rn in g .   T h ro u g h   we ig h ti n g   c li e n t   c o n tri b u ti o n s b a se d   o n   d a ta  q u a li t y ,   a n   u n d e sira b le   e ffe c o lo w - q u a li ty   d a ta   c a n   b e   m in imis e d ,   h e lp i n g   t o   m a in tain   a   stre n g t h   a we ll   a a c c u ra c y   o th e   g lo b a m o d e l .   T h e   e x p e rime n tal   re su lt il l u stra te   a   p r o p o se d   G DO - WF L   a p p ro a c h   m a in tain s   a n   o v e ra ll   a c c u ra c y   o f   9 9 . 3   a n d   9 1 . 5 %   o n   M NIST   a n d   CIF AR - 1 0   d a tas e ts as   c o m p a re d   t o   th e   e x isti n g   m e th o d   o F e d lab X   m e th o d .   K ey w o r d s :   C en tr alize d   m ac h in lear n i n g   C o m m u n icatio n   b a n d wid th   Fed er ated   lear n in g   Gr ad ien t d escen t o p tim izatio n   I n ter n et  o f   th in g s   Priv ac y   p r eser v i n g   W eig h ted   f ed er ated   lea r n in g   T h is i a n   o p e n   a c c e ss   a rticle   u n d e r th e   CC B Y - SA   li c e n se .     C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   Gu r u r aj  Pra k ash   M u r th y   Dep ar tm en t o f   C o m p u ter   Scie n ce   an d   E n g in ee r in g ,   PES U n i v er s ity   B an g alo r e,   I n d ia   E m ail: g u r u r aj p @ p es.e d u       1.   I NT RO D UCT I O N   T h r o u g h   a n   ad v an ce m en t   o f   a r tific ial  in tellig en ce   ( AI )   a p p r o ac h es  an d   tec h n iq u es,  in ter n et  o f   th in g ( I o T )   s etu p s   ar b r o a d ly   o r g a n is ed   in   v ar io u s   f ield s   s u ch   as  wir eles s   n etwo r k s   [ 1 ] ,   h ea lth ca r e,   s m ar cities,   an d   th m ilit ar y   [ 2 ] .   Nev e r th e less ,   co n v en tio n al  clo u d   co m p u tin g   f r am ew o r k s   f ac ch allen g es  in   m ee tin g   th d ata  p r o ce s s in g   r e q u ir em e n ts   o f   r ea l - wo r ld   ap p licatio n s   d u e   to   lim itatio n s   in   n etwo r k   b a n d wid th   an d   g r o win g   co n ce r n s   o v e r   d ata  p r iv ac y   [ 3 ] .   T o   tack le  th c o n s tr ain t s ,   ed g co m p u tin g   [ 4 ]   is   d ev elo p ed   with in   co m p u tatio n   f r am ewo r k   o f   I o T .   I d ev elo p s   an   ed g s er v er   f o r   lo ca p r o ce s s in g   th at  em p lo y s   ac tu al  in f o r m atio n   th r o u g h   ag g r eg at io n ,   m in in g ,   o r   co m m u n icati o n   o p er atio n s   [ 5 ] .   I n   ed g c o m p u tin g ,   th ed g e   s er v er   b ec o m es  s ig n if ican p ar as  p r im ar y   d is p en s atio n   to o th at  g iv es  ap p r o p r iate  lo ca s er v ices  b y   th en tire   clo u d   s er v ice  ar c h itectu r [ 6 ] .   T h u s ,   b lo c k ag o f   co m p u tatio n   as  well  as  co m m u n icatio n   f o r   co n v en tio n al  clo u d - b ased   f r a m ewo r k s   h as  to   b ad d r ess ed .   T h ese  d ata  ar e   o f ten   s o u r ce d   f r o m   ed g e   d ev ices  lik s m ar tp h o n es,  h ea lth ca r e,   g lo b al  p o s itio n in g   s y s tem   ( GP S )   d ev ices,  an d   s o   o n   [ 7 ] .   Nev er th eless ,   th is   d ata  m o s tly   in v o lv es p a r ticip an ts   d ata,   m ed ical  r ec o r d s ,   as we ll a s   tr av el  an tiq u ity   [ 8 ] .   Un a u th o r is ed   ac ce s s   to   th is   p er s o n al  d ata   lead s   to   an   im p o r tan im p air m e n t.  Mo r e o v er ,   i n   p ar ticu lar   d ed icate d   o r g an is atio n s ,   d ata  s h ar in g   is   n o allo wab le  [ 9 ] .   T h u s ,   p r eser v in g   th p r iv ac y   o f   p ar tic ip an ts   in f o r m atio n   d u r in g   p e r f o r m in g   m ac h in e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Ar tif   I n tell     I SS N:   2252 - 8 9 3 8       Gra d ien t d escen t o p timiz a tio n   b a s ed   w eig h ted   fed era ted   lea r n in g   fo r   p r iva cy -     ( Gu r u r a j   P r a ka s h   Mu r th y)   879   lear n in g   ( ML )   b ec o m es  o f   s u p r em s ig n if ican ce   [ 1 0 ] .   T h f ed er ated   lear n in g   ( FL)   is   th m o s im p o r tan t   ad v an ce m e n t,  wh ich   b ec o m es  cr u cial  p ar in   th j o in lear n in g   ap p r o ac h .   T h FL  h as  b e en   b r o a d ly   u tili s ed   in   v ar io u s   ar ea s   lik b lo ck ch a in ,   im ag p r o ce s s in g ,   co m p u t er   v is io n ,   m ed ical  im ag in g ,   a s   well  a s   au to m atic  s y s tem s   [ 1 1 ] ,   [ 1 2 ] .   Fo r   c o n v en tio n al  ce n tr alize d   lear n in g ,   it  n ee d s   to   g ath er   a   m ax im u m   am o u n t   o f   u s e r   in f o r m atio n   f o r   tr ain i n g   n et wo r k   [ 1 3 ] .   Nev er th eless ,   u s er   in f o r m atio n   in v o lv es  p e r s o n al   d ata,   wh ich   r esu lts   in   u s er   in f o r m atio n   o u tf lo w .   T o   ig n o r e   p r iv ac y   o u tf lo an d   in ter r u p tio n   o f   th e   d ata  k ey s ,   FL  is     d ev elo p e d   [ 1 4 ] .   As  an   e v o lv i n g   d is tr ib u ted   lear n in g   m o d el,   FL  h as  tr ain ed   m o d el  p a r a m eter s   f r o m   v ar io u s   u s er s   s u p p o r tiv ely   th r o u g h   a   lack   o f   p er ce iv in g   th eir   ac tu al  in f o r m atio n   [ 1 5 ] .   T h m o d el  is   p r iv ac y   p r o tectio n   m et h o d   w h ich   at tain ed   th tr u s o f   m o r p a r ticip an ts .   T h u s ,   FL  h as  s tim u lated   ex ten s iv ap p r eh e n s io n   in   v ar io u s   f ield s   [ 1 6 ] .   T h FL  p r o ce s s   also   im p r o v es  th g en er aliza tio n   ac cu r ac y   as  ea ch   clien is   eq u ip p ed   to   h a n d le  th d a ta  n o ex p o s ed   to   it  p r ev io u s ly ,   d u to   co llab o r ativ lear n in g   with   th o th er   clien ts ,   wh ich   ar ex p o s ed   to   t h d ata  [ 1 7 ] .   Ultim ately ,   t h e f f ec tiv en ess   o f   th g lo b al  m o d el  is   en h an ce d   d u e   to   th m o d el  ag g r e g atio n   at  t h s er v er .   FL  ar ch itectu r s h o u ld   im p r o v th p er s o n aliza tio n ,   g en er aliza tio n ,   an d   g l o b al  ac c u r ac y   [ 1 8 ] ,   [ 1 9 ] .   FL  a r ch itectu r e   s av es  co m m u n icatio n   b an d wid th   wh e n   co m p ar ed   to   t h e   ce n tr alis ed   ML   p r o ce s s   an d   is   also   co n s id er ed   t o   b p r iv ac y - p r eser v in g   as  th e   r aw   d ata  at   th clien ts   n ee d   n o t   b tr an s m itted   to   th s er v er   f o r   th FL  lear n in g   [ 2 0 ] .   T h p r ev io u s   wo r k s   b ased   o n   th FL - b ased   p r iv ac y   p r eser v in g   ar d is cu s s ed   h er e,   alo n g   with   th eir   ad v an tag es  an d   lim itatio n s   lim itatio n s .   Yan   et  a l.   [ 2 1 ]   in tr o d u ce d   th v a r io u s   co m m u n i ca tio n   ef f ec tiv en ess   m ec h an is m s   as  well  as  p r iv ac y - p r eser v in g   cr y p to g r ap h ic  ap p r o ac h es.  A   p r iv ac y - p r eser v in g   m eth o d   in teg r ates  th cr y p to g r a p h ic  a p p r o ac h es   an d   co m m u n icatio n   n etwo r k in g   s o lu tio n s   f o r   s ec u r in g   s e n s itiv d ata.   I n   th at  in tr o d u ce d   ap p r o ac h ,   Kaf k a   was  in tr o d u ce d   f o r   co m m u n i ca tio n   d is tr ib u tio n ,   Dif f ie - Hellm an   m eth o d   f o r   s ec u r s er v er   ag g r eg atio n ,   as   well  as  g r ad ien d is cr ep an c y   p r iv ac y   f o r   i n tr u s io n   attac k   an ticip atio n .   An   in tr o d u ce d   m eth o d   p r eser v ed   t r ain in g   ef f ec tiv en ess   wh ile  b e in g   ca p ab le  o f   s o lv in g   g r a d ien o u tf lo is s u es  as   well  as  in ter f er en ce   attac k s .   R ec en tly ,   th d ev elo p m en o f   Kaf k a - Z o o k ee p e r   h as  en a b led   asy n ch r o n o u s   co m m u n icatio n   a n d   s ec u r e,   r o le - b ased   ac ce s s   co n tr o l,   p r o v id in g   an o n y m o u s ,   an d   r eliab le  d ata   p r o ce s s in g   ca p ab ilit ies.  Ho wev er ,   th in tr o d u ce d   m eth o d   d id   n o ad d r e s s   r o b u s tn ess   to   h eter o g en e o u s   d ata  d is tr ib u tio n s   o r   B y za n tin th r ea ts ,   an d   Ka f k in teg r atio n   ad d ed   co m p le x ity .   C h en   et  a l .   [ 2 2 ]   p r esen t ed   p r ac tical  an d   ef f icien p r iv ac y - p r eser v in g   f ed er ated   lear n in g   ( PEPFL)   m o d el.   I n itially ,   a   b o o s ted   d is s em in ated   E lGam a l   cr y p to s y s tem   was  d ev elo p ed   to   ad d r ess   m u lti - k ey   is s u in   FL.   T h en ,   th p r ac tical  p ar tially   s in g le   in s tr u ctio n   m u ltip le  d ata   ( PS I MD )   s tr u ctu r was  in tr o d u ce d   to   en co d p lain tex m atr i x   with in   in d iv id u al  p lain tex f o r   en cr y p tio n ,   e n h a n cin g   en c r y p tio n   p er f o r m a n ce ,   as  well  as  m in im ized   co m m u n icatio n   co s in   th e   in co m p letely   h o m o m o r p h ic  cr y p to s y s tem .   Mo r eo v er ,   ac co r d in g   to   co n v o l u tio n al  n eu r al  n etwo r k   ( C NN)   an d   d ev elo p ed   cr y p to s y s tem   m o d el,   n ew  p r iv ac y - p r ese r v in g   FL  s tr u ctu r was  in tr o d u ce d   th r o u g h   th u tili s atio n   o f   m o m e n tu m   g r a d ien d escen ( MG D) .   Ho we v er ,   wh ile  PEPFL  with   en h a n ce d   E lGam al  an d   PS I MD   o f f er ed   im p r o v ed   s ec u r ity ,   th m o d el  f ac e d   ch allen g es  in   r ea l - tim ex ec u tio n   d u to   th e   co m p u tatio n al   o v e r h ea d   in tr o d u ce d   b y   h o m o m o r p h ic   en cr y p tio n   an d   m atr ix - b ased   en c o d in g .   Su m itra   et  a l .   [ 2 3 ]   d ev elo p ed   HAFed L ,   a n   im p r o v ed   n o v el  Hess ian - awa r ad ap tiv e   p r i v ac y   p r eser v i n g   FL  s ch em e .   T h e   ar ch itectu r in tr o d u ce s   s p ec if ic  en h an ce m e n ts   to   s tr en g th en   p r iv ac y   ag ai n s g r ad ien leak ag attac k s   ( GL A) .   T h ese  m o d i f icatio n s   en s u r th at  th m o d el’ s   ef f ec tiv en ess   is   n o t   s ig n if ican tly   co m p r o m is e d   wh ile  i m p r o v in g   o v er all  s ec u r ity   with in   th FL   f r am ewo r k .   T h HAFed L   is   also   r o b u s to   th d ata  h ete r o g en eity   an d   d ev ice   h eter o g en eity   ( p ar ticu lar ly   th e   s tr ag g ler   ef f ec t) ,   wh ich   m ay   b p r esen in   th clien ts   p ar ticip atin g   in   th FL.   T h p er f o r m an ce   o f   HAFed L   is   test ed   f o r   two   ap p licatio n s - I o T   d ev ice  id en tific atio n   an d   d ig it  class if icatio n .   Ho wev er ,   th d ev elo p ed   HAFed L   r esis ted   g r ad ien leak ag e,   b u it  lack ed   ev alu atio n   u n d er   ad v e r s ar ial  s ce n ar io s   an d   d y n am ic  p ar ti cip an d r o p o u d u r in g   tr ain i n g .   W an g   et  a l .   [ 2 4 ]   im p le m en ted   p r iv ac y   p r eser v in g   f ed er ate d   lear n i n g   m ec h an is m   th r o u g h   p a r tial  lo w - q u ality   d ata   ( PP FL - L QDP) .   T h im p lem en ted   ap p r o ac h   attain ed   b etter   tr ain in g   r esu lts   b y   p er m itti n g   co n t r ib u to r s   to   ac ce s s   p ar tial,  lo w - q u ality   d ata,   th u s   im p r o v in g   p r iv ac y   as  well  a s   r ef u g o f   FL  a p p r o ac h .   Par ti cu lar ly ,   d is p er s ed   Pailli er   cr y p to g r a p h ic  s ch em e   was  u tili ze d   f o r   th p r o tectio n   o f   p r iv ac y   an d   s ec u r ity   o f   m em b er s   in f o r m atio n   at  th f ed er ated   tr ain in g   p r o ce d u r e.   Ho we v er ,   t h im p l em en ted   s ch em e   d id   n o c o n s id er   p e r f o r m an ce   d eg r ad ati o n   d u to   th f r eq u e n t   in clu s io n   o f   n o is y   d ata.     Z h o n g   et  a l .   [ 2 5 ]   d ev el o p ed   lig h tweig h p r i v ac y - p r eser v in g   FL  s ch em b ased   o n   a   d u al - s er v er   ar ch itectu r e.   Ou r   s ch em e   in v o lv es  o n l y   lig h tweig h cr y p to g r ap h ic  o p er atio n s ,   i.e . ,   h ash   an d   s y m m etr ic   en cr y p tio n   o p er atio n s ,   a n d   it  h as  lo co m m u n icatio n   o v er h ea d .   T h u s ,   it  is   co m p u tatio n ally   lig h tweig h an d   r o u n d - ef f icien t.  Fu r t h er ,   it  allo ws  u s er s   to   jo in /q u it  an   FL  task ,   an d   it  is   ac cu r ac y - lo s s less .   Ho wev er ,   th e   d esig n ed   lig h tweig h t   s ch em with   d u al - s er v er   a r ch itectu r f ailed   to   tack le  p o is o n in g   attac k s   o r   in co r p o r ate   ad ap tiv m o d el   u p d ate  s tr a teg ies.  W an g   et  a l .   [ 2 6 ]   p r esen ted   a   p r iv ac y - im p r o v e d   an d   d ep en d ab le   d ec en tr alize d   f e d er ated   lear n in g   m ec h an is m   ( PTDFL ) .   Par ticu lar ly ,   an   e f f icien g r ad ien e n cr y p tio n   alg o r ith m   was  in itially   d ev el o p ed   f o r   th p r o tectio n   o f   d ata  p r iv ac y ,   an d   af ter   in v e n t ed   c o n cise  p r o o f   th r o u g h   lac k   o f   tr a p d o o r s   to   m ak s u r e   an   ef f ec tiv e n ess   o f   in clin es.  T em p o r a r ily ,   a   n ew   lo ca c o m b in atio n   m ec h an is m   was  d esig n ed   to   o p er ate  with o u r ely in g   o n   tr u s ted   th ir d   p a r ty ,   en s u r i n g   t h at  co m b in atio n   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 2 5 2 - 8 9 3 8   I n t J Ar tif   I n tell Vo l.  1 5 ,   No .   1 ,   Feb r u ar y   2 0 2 6 :   878 - 8 8 7   880   o u tco m e   r em ain s   s ec u r a n d   r esp o n s ib le.   Fu r th er m o r e,   P T DFL  was  also   h elp f u o f   t h d ata   o wn er s   f o r   lo g g in g   in   an d   lo g g i n g   o u at   an   en tire   DFL  o p er atio n .   Ho wev er ,   th in tr o d u ce d   PTDFL   with   d ec en tr alize d   ag g r eg atio n   r elied   h ea v ily   o n   tr u s tles s   s y s tem s ,   wh ich   in cr ea s es  co m p lex ity   an d   r is k s   laten cy   in   lar g e - s ca le   s y s tem s .   Su n   et  a l .   [ 2 7 ]   d ev e lo p ed   n o v el  d if f er e n tially   p r iv ate  f ed er ate d   lear n in g   ( DP FL)   s ch em n am ed   Ad ap - Fed I T K,   wh ich   aim e d   to   ac h iev lo w - co m m u n ica tio n   o v er h ea d   an d   h ig h - m o d el  ac cu r ac y   wh ile  g u ar an teein g   clien t - lev el  DP.   Sp ec if ically ,   th is   d y n am ical ly   ad ju s ts   th g r a d ien clip p in g   th r esh o l d   f o r   d if f er en clien ts   in   ea ch   r o u n d ,   b ased   o n   th h ete r o g e n eity   o f   g r ad ien ts .   T h is   ap p r o ac h   aim s   to   m itig ate  th e   n eg ativ im p ac o f   DP  a n d   ac h iev a   p r i v ac y   u tili ty   tr ad e o f f .   T o   allev iate  t h h ig h - c o m m u n icatio n   o v er h ea d   p r o b lem   in   FL,   an   im p r o v e d   to p - k   alg o r ith m   was  in tr o d u ce d ,   wh ich   u tili s ed   s p ar s ity   a n d   q u an tis atio n   t o   co m p r ess   th m o d el,   elim in at co m m u n icatio n   r ed u n d an c y ,   an d   also   in teg r ates  co d in g   te ch n iq u es  to   f u r th er   r ed u ce   co m m u n icatio n .   Ho w ev er ,   Ad ap - Fed I T K,   d esp ite  in co r p o r atin g   d y n am ic  g r a d ien clip p in g ,   f ac ed   d if f icu lties   in   b alan cin g   p r iv a cy   an d   u tili ty   d u to   th u s o f   f ix ed   clip p in g   t h r esh o ld s ,   wh ich   co u ld   lead   to   p o ten tial  ac cu r ac y   d eg r a d atio n .   Sh an   et  a l .   [ 2 8 ]   p r esen ted   an   FL  m ec h an is m   th r o u g h   D p r o tectio n ,   wh ich   was  r o b u s f o r   GL A .   T h d is cr im in ato r y   u p d ates  wer u til ized   f o r   s elec tio n   o f   m o d el  p ar am eter s   th r o u g h   g r ea ter   e f f ec tiv en ess ,   th u s   en h an cin g   a   m o d el’ s   u tili ty .   T h en ,   d esig n ed   d ee p   lear n in g   ( DL )   ap p r o ac h   was   d esig n ed   th r o u g h   an   au to m at ic  clip p in g   a n d   n o is atten u a tio n   s ch em to   e n s u r DP  a n d   o p tim is u tili ty   attain m en t,  s o lv in g   an   in tr in s ic  d r awb ac k   o f   co n v en tio n a DL   m eth o d s   th r o u g h   s ec u r DP  p ar am eter s .     T h p r esen ted   a p p r o ac h es  e x h ib ited   th r ap id   co n v er g e n ce   r ates  a n d   attain ed   s ig n if ican p e r f o r m an ce .   Ho wev er ,   th p r esen ted   m eth o d   ig n o r ed   m o d el  co n v er g e n c d elay s   an d   th s ca lab ilit y   c o n ce r n s   u n d er   lar g clien p ar ticip atio n .   T h e   r ev i ewe d   FL  liter atu r e x h ib its   k ey   lim itatio n s   s u ch   as  v u l n er ab ilit y   to   g r ad ien t   leak ag e,   in e f f icien cy   with   h et er o g en e o u s   d ata,   h ig h   co m m u n icatio n   o v er h ea d ,   a n d   r elian ce   o n   tr u s ted   t h ir d   p ar ties .   Ma n y   m o d els  tr ad o f f   ac cu r ac y   f o r   p r iv ac y   an d   lack   s u p p o r f o r   asy n ch r o n o u s ,   s ec u r e   co m m u n icatio n .   T o   o v e r co m e   th ese,   th p r o p o s ed   g r a d ien d escen o p tim izatio n   ass is ted   weig h ted   f ed e r ated   lear n in g   ( GDO - W FL )   in teg r a tes  Kaf k a - Z o o k ee p er   f o r   an o n y m o u s   co m m u n icatio n ,   ap p lies   DP ,   an d   u s es   weig h ted   m o d el  u p d ates  b ase d   o n   d ata  q u ality   an d   tr ai n in g   ef f ec tiv en ess .   T h is   en s u r es  r o b u s t,  s ca lab le,   an d     p r iv ac y - p r eser v in g   lear n in g   w ith o u t h ea v y   cr y p to g r ap h ic  o v er h ea d .   T h k ey   i n n o v atio n s   o f   t h is   r esear ch   ar ar r a n g ed   as f o llo ws:   i)   An   in teg r ated   f r am ew o r k   o f   GDO - W FL  i s   in tr o d u ce d   in   th is   r esear ch   to   r ed u ce   th s ig n if ican th r ea ts     in   FL.   ii)   T h p r ac tical  GDO - W FL  ap p r o ac h   th r o u g h   Ap ac h Kaf k a - Z o o k ee p e r   is   d ev elo p ed   to   attain   an o n y m o u s   au th en ticatio n   th r o u g h   ac ce s s   co n tr o l lis t a s   well  as a s y n ch r o n o u s   m o d el  d is s em in atio n s .   iii)   p r o p o s ed   GDO - W FL  ap p r o ac h   is   co m p ar ed   an d   esti m ated   th r o u g h   th e   ex is tin g   FL  a p p r o ac h es  b ased   o n   ef f ec tiv e n ess ,   s ec u r ity   as we ll a n d   ac cu r ac y   th r o u g h   em p i r ical  s tu d ies.   T h is   r esear ch   p ap e r   is   o r g a n is ed   as  f o llo ws:   s ec tio n   2   d em o n s tr ates  p r o p o s ed   m eth d o lo g y .     Sectio n   3   o u tlin es  th e   FL   f o r   p r iv ac y   p r eser v i n g   f r am e wo r k .   Sectio n   4   d em o n s tr ates  th r esu lts   an d   d is cu s s io n ,   an d   s ec tio n   5   p r o v id es a   co n clu s io n .       2.   P RO P O SE M E T H O DO L O G Y   Fig u r 1   d e m o n s tr ates  s y s tem   m o d el  o f   in tr o d u ce d   m eth o d .   I n itially ,   th p r o p o s ed   m e th o d o lo g y   d escr ib es  th s y s tem   m o d el  a n d   th e n   d e f in ed   t h m o d el  f r a m ewo r k   o f   th is   r esear ch .   T h d etailed   d escr ip tio n   an d   wo r k in g   o f   th p r o p o s ed   m eth o d o l o g y   a r d escr ib ed   in   th f o llo win g   s ec tio n .           Fig u r 1 .   Sy s tem   s y s tem   m o d el  o f   in tr o d u ce d   m eth o d   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Ar tif   I n tell     I SS N:   2252 - 8 9 3 8       Gra d ien t d escen t o p timiz a tio n   b a s ed   w eig h ted   fed era ted   lea r n in g   fo r   p r iva cy -     ( Gu r u r a j   P r a ka s h   Mu r th y)   881   2 . 1 .     Sy s t e m   mo del   T h er a r m u ltip le  u n its   in   th s y s tem   m o d el  s u ch   as  u s er s ,   tr ain er s   a n d   an   ag g r e g atio n   s er v er .   T h is   is   d if f er en f r o m   co n v en tio n al  b in ar y   u n its   ( u s er s   an d   ag g r e g atio n   s er v er )   an d   h elp s   u s er s   r em ain   d is co n n ec ted .   tr ain in g   m o d el  in f lu en ce s   an   ap p r o ac h   f o r   co m p r eh e n d in g   tr ain in g   as  well  as  f o r ec asti n g .   E v en tu ally ,   an   FL  ap p r o ac h   ac q u ir es  an   o p tim izatio n   tr ain in g   p ar am eter   a n d   f o r ec a s ts   o u tco m es.  E ac h   co m m u n icatio n   lin is   ce r tain   th r o u g h   s ec u r tu n n ellin g   p r o t o co ( STP) .     i)   User in   th e   m o d el  f r am ewo r k ,   u s er   is   a n   a g en w h o   g iv es   cip h er te x d ata   f o r   t r ain in g   a n d   f o r ec asti n g   in   an   FL  o p er atio n .   I n itially ,   ea ch   u s er   p r o d u ce s   p u b lic   an d   p r iv ate   k ey   p air s ,   an d   af ter   tr an s m its   k ey   to   s er v er   f o r   t h m o d el  lin k .   Af ter   ac q u i r in g   a   lin k   p u b li k ey ,   a   u s er   en c o d es  an d   en cr y p ts   th d ata   u s in g   th is   k ey ,   an d   th en   tr an s m its   th r esu ltin g   cip h e r tex t o   th tr ain e r   f o r   p r o ce s s in g .   M o r eo v e r ,   u s er   h as to   d ec r y p t a n d   d ec o d an   i n f o r m atio n   to   ac q u ir p r ed icti o n   r esu lts .     ii)   T r ain er as   an   ML   en tity ,   a   tr ain er   in v o lv es  a   DL   ap p r o ac h   f o r   t r ain in g   m o d el  p ar am et er s   an d   h as  t o   g ath er   en cr y p ted   in f o r m atio n   f r o m   u s er s   in   lo ca ar ea .   C e r tain ly ,   th tr ain er s   wo r k   to g e th er   th r o u g h   a   s er v er   f o r   tr ain i n g   m o d el  th r o u g h   th FL  ap p r o ac h .   B y   d if f er en iter atio n s ,   th tr ain er s   o b tain   an   ef f icien t tr ain ed   s y s tem   u s ed   f o r   p r e d ictio n   b y   u s er s   r e q u ests .     iii)   Ser v er as  co n tr o ller   an d   a g g r eg ato r ,   s er v e r   h as  d is tr ib u ted   lin k ed   p u b lic  k e y   an d   esti m ated   a   f ed er ated   a v er ag i n g   ( Fed Av g )   th r o u g h   ag g r eg ated   weig h ts   f r o m   tr ain e r s .   Fu r th e r m o r e ,   s er v er   r eq u ir es   v ar io u s   iter atio n s   an d   co llab o r atio n   to   ac q u ir an   o p tim is atio n   m o d el  p ar am ete r   in   tr ain in g   p r o ce d u r e.   I n   th p r o p o s ed   f r am ewo r k ,   e v e n   if   s er v e r   co n s p ir es  th r o u g h   v ar io u s   e n titi es,  it  d o es  n o t   ac q u ir a n y   in f o r m atio n   f r o m   u s er s .     2 . 2 .     M o del f ra m ewo r k   T h m o d el  f r am ewo r k   in v o l v es  m u ltip le  en titi es  lik clien ts ,   s er v er   an d   Ap ac h Kaf k m ess ag e   q u eu e.   Her e,   a   s er v er   p r ep a r es  f r am ew o r k   an d   tr an s m its   an   u n ex p er ien ce d   ap p r o ac h   f o r   r eq u esti n g   b r o k er   in   Kaf k a.   Sin ce   Kaf k o p er at es  as  r eliab le  th ir d - p ar ty   s y s tem ,   wh en   clien ts   r e q u est  n etwo r k   f r o m   Kaf k a   r eq u est  b r o k er ,   th ey   r ec eiv t h is   u n tr ain ed   m o d el   f o r   th eir   u s e.   Af ter   clien ts   r eq u est  an   ap p r o ac h   f r o m   t h Kaf k r eq u est  b r o k er ,   it  d ep e n d s   o n   an   u n tr ain ed   m o d el  f o r   th clien t.  T h s u g g ested   f r am ewo r k   en ab le d   a   ce n tr al  b r o k e r   to   f ix   p o licy   th at  allo ws  d ef in ed   clien ts   o n ly   ac co r d in g   to   1 - out - of - n   esti m atio n   p lan   th r o u g h   p r ed e f in ed   n   f ea tu r e s   to   as s o ciate   m o d el.   T h is   r esear ch   co n s id er s   th at  th er is   r ec o g n ized   p r o tecte d   ar ea   b etwe en   ce n tr a s er v er   an d   clien ts .   s im p le  en cr y p tio n   f o r   v er if icatio n   is   ac q u ir ed   th r o u g h   a   ce n tr al  b r o k er .   E v er y   clien tr ain s   m o d el  ac c o r d in g   to   th eir   lo ca d ataset.   Af ter   s er v er   d esire s   tr ain e d   m o d el,   clien ts   will  r ep ly   to   r esp o n s b r o k e r   in   Kaf k th r o u g h   tr ain ed   an d   e n cr y p ted   ap p r o ac h .   E v en tu ally ,   r esp o n s b r o k er   will  tr an s m it  u p d ated   ap p r o ac h es  to   s er v er ,   an d   th ey   p er f o r m   ef f ec tiv co m b in atio n   m eth o d   to   o b tain   o v er all  o u t co m e.   T h is   s tr u ctu r is   p er f e ct  f o r   m u lti - o r g an izatio n   FL  s ce n ar io s   f o r   s o m e   clien ts .   I is   o f ten   ap p lied   in   an   ac tu al  m an u f ac tu r i n g   en v ir o n m en th r o u g h   Kaf k clien t - s er v er   co m m u n icatio n   f r a m ewo r k ,   a s   well  as  m ess ag s to r ag as  well  as  tr an s m is s io n   f u n ctio n s .   R ec en tly ,   f r o m   a   s ec u r ity   p o in t - of - v iew,   s ec u r e   co m b in atio n   as  well  as  DP  m ec h an is m s   wer in teg r ated   i n to   th GDO - W FL   f r am ewo r k   to   en s u r p r i v ac y   p r eser v atio n   a n d   ef f ec tiv ely   m itig ate  lar g e - s ca le  attac k s ,   a s s u m in g   th s er v er   an d   clien ts   ac as  p ass iv ad v er s ar ies.  Fig u r e   2   d em o n s tr ates  th im p o r tan s tr u ctu r e   o f   th in tr o d u ce d   ap p r o ac h .   co m p r eh e n s iv d escr ip tio n   o f   th is   s tr u ctu r e   is   p r o v id ed   in   s u b s eq u en t sectio n .           Fig u r 2 .   I m p o r tan t stru ctu r o f   th p r o p o s ed   m eth o d       2 . 2 . 1 .   P ha s 1 :   s et up   a nd   k ey   g ener a t io n   T h is   s tep   in v o lv es  g en e r atio n   o f   k e y   am o n g   clien ts .   Ass u m g r o u p   o f   clien ts   as  = 1 , 2 , , Af ter   th at,   s er v er   s elec ts   s u itab le  g r o u p   G ,   wh ile  a   co m p u tatio n al  Dif f ie - Hellm an   is s u is   co m p lex .   G   is   a   r ec u r r in g   q   ess en tial th r o u g h   g en er ato r   g .   T h b asic c o n s tr ai n ts   ar p r o d u ce d   u s in g   ( 1 ) .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 2 5 2 - 8 9 3 8   I n t J Ar tif   I n tell Vo l.  1 5 ,   No .   1 ,   Feb r u ar y   2 0 2 6 :   878 - 8 8 7   882   ( , ) , | | , : = < >   ( 1 )     Ass u m   b ec o m es  s tatic  c o u p le  o f   clien ts .   Af ter   th at  s u b s eq u en p r o ce d u r wh ich   in v o lv es  th s ee d   as  well  as  n o is g en er atio n   h as  to   b e   im p l em en ted   f o r   ea ch   p air   o f   clien ts .   Af ter   th s etu p   an d   k e y   g en e r atio n ,   th e   s ee d   m u s t b g en e r ated .   i)   Gen er atio n   o f   s ee d     C lien i   s elec ts   p r o p o n e n   an d   tr an s m its   to   a   s er v er   t h r o u g h   v alu e   o f   .   Af ter   t h at  s er v er   tr an s m its   p air   ( , )   to   clien j     C lien j   s elec ts   p r o p o s al    an d   tr an s m its   to   a   s er v er   th r o u g h   th e   v alu e   o f   .   Af ter   th a t   s er v er   tr an s m its   p air   ( , )   to   clien i .     b asic  k ey   o f   th clien i   an d   j   is    , = .   At  ter m in atio n   o f   th is   s tep ,   ea ch   clien   k ee p s   g r o u p   o f   b asic k e y s   th r o u g h   d if f e r en t c lien ts ,   wh ich   is   in   ( 2 ) .      =  , 1 ,  , 2 , ,  ,   ( 2 )     ii)   No is g en er atio n   T o   ig n o r i n tr u s io n   attac k s ,   clien ts   h av ex ec u ted   DP  th r o u g h   in c r ea s in g   n o is es  to   weig h ts   af ter   m o d e l   tr ain in g ,   w h ich   is   r elate d   to   th GDO.   I n   th at,   a   L ap lace   n o is g e n er atio n   s tr ateg y   o f   DP  is   u s ed .     L ap lace   m ec h an is m   co n s er v es ( , 0 )   DP .     2 . 2 . 2 .   P ha s 2 :   m o del upd a t e   As  an   o u tco m o f   th im p lem en tatio n   o f   p r im ar y   s tag e,   wh er s ee d   an d   n o is ar p r o d i ce d ,   ea ch   co n tr ib u tin g   clien t   is   p r e p ar e d   to   m ask   th e   m o d el  u s in g   th g en e r ated   n o is an d   k ey   p ai r s .   Simu ltan eo u s ly ,   clien ts   h av u p d ated   s y s tem   b y   r ep ly in g   to   r e q u est  d ir ec ted   f r o m   ce n tr al  s er v e r .   Sy s t em s   will  r ea ch   an d   s tay   ass o ciate d   with   Kaf k a   b r o k er s   ass o ciate d   th r o u g h   Z o o k ee p e r .   I n   th is   co n d itio n ,   ev en   if   clien ts   ar e   in v o lv ed   in   v ar io u s   s u r r o u n d i n g s   o f   h ar d war s ettin g s   a n d   n etwo r k   b an d wid t h ,   th is   m o d el  ev en tu ally   attain s   s y n ch r o n ic  co m m u n icatio n .     2 . 2 . 3 .   P ha s 3 :   s ec ure  a g g re g a t io n   I n   th is   s tag e,   s er v er   ca lcu la tes  an   ag g r eg ated   clien d ata  f o r   p r o v id e d   u p d ate.   C o n s i d er     b ec o m es  len g t h   o f   u s er s   in f o r m atio n   o f   an   u n k n o wn   u p d ate.   T h is   d is tan ce   is   v ar ie d   f o r   ea ch   u p d ate   h o wev er   s tatic  at  an   in d iv id u al  u p d ate.   C o n s id er   { 0 , 1 }   b ec o m es  th clien t’ s   d ata;    b ec o m es  a   p s eu d o r an d o m   g en er at o r   o f   o u tp u t size  l .       3.   F E DE R AT E L E AR NING   F O P RIVACY  P R E SE RVI NG   F RAME WO RK   I n   th e   p r o p o s ed   FL   m o d el ,   ea ch   k   clien tr ain s   l o ca m o d el  th r o u g h   a   s im ilar   s h a r ed   g l o b al  ap p r o ac h h o we v er ,   it  is   tr ai n e d   o n   d if f e r en lo ca l   d atasets   in s tead   o f   th e   ce n tr al  s er v e r .   Pu r s u in g   th at,   clien ts   s ec u r ely   tr an s m it  th u p d at es  f r o m   th ei r   lo ca tr ai n in g   to   th a g g r e g atio n   s er v e r   v ia  s ec u r s o ck ets   lay er / tr an s p o r la y er   s ec u r it y   ( SS L /TL S ) - au th en ticated   co n n ec tio n s   m an ag e d   b y   co m m u n icatio n   ad m in is tr ato r .   An   ag g r eg atio n   s er v er   ass o ciate s   th em   as  well  as  g en er ates  an   u p d at ed   g lo b al  a p p r o ac h   th r o u g h   i d ea co n s tr ain ts .   n o tatio n   w   d en o tes  in itial  weig h ts   an d   r   d em o n s tr ates  c o u n o f   FL  d is k s ,   t h at  is   co n tin u ed   p r i o r   attain in g   c o n v er g e n ce   s tag e.   W h ile  ev e r y   lo ca clien t’ s   weig h is   g iv en   to   an   ag g r eg atio n   s er v er   at  th e   co m m u n icatio n   r o u n d   t ,   a   s u b s eq u e n ( 3 )   is   ac q u ir ed   f r o m   Fed Av g   alg o r ith m ,   wh ich   is   u tili ze d   f o r   u p d atin g   m o d el  weig h ts .     + 1 = = 1 + 1   ( 3 )     Her e,     m ea n s   to tal  s ize  o f   ev er y   clien d ataset,   a n d     d en o tes  s ize  o f   ev er y   clien t   d ataset.   + 1   d em o n s tr ates a n   u p d ated   g lo b al  ap p r o ac h   af ter   a n   iter atio n .   s er v er   p r im ar ily   s elec ts   clien ts   wh o   co n s tr ain   ass o ciatio n   th r o u g h   ac tiv e   d e v ices,  af t er   th at   th e   v ar io u s   p ar ts   o f   s y s tem   in ter r elate   s u b s eq u en tly   to   c o m p let an   en tire   p r o ce d u r e:    i)   On   = 0 ,   s er v er   p r o d u ce d   a   m o d el  was  p r o d u ce d   f r o m   th e   g l o b al  d ata  m o d el.   I n   th is   ca s e,   th e   n u m b er   o f   p ar a m eter s   is   esti m ated .     ii)   E ac h   k   clien ( [ 1 , . . . , ] )   is   r eq u ir ed   to   lev er ag g lo b al  ap p r o ac h   to   tr an s f er   it,  n ev er th eless   o f   if   th ey   o f f er   to   FL  p r o ce d u r e   o r   n o t.  T h r o u g h   in d i v id u al  p r iv ate   d ata,   e v er y   k   clien ts   r e - ed u ca te  g lo b al   ap p r o ac h   lo ca lly   in   p ar allel  an d   d esig n s   n ew  g r o u p   o f   lo ca l   weig h ts   + 1 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Ar tif   I n tell     I SS N:   2252 - 8 9 3 8       Gra d ien t d escen t o p timiz a tio n   b a s ed   w eig h ted   fed era ted   lea r n in g   fo r   p r iva cy -     ( Gu r u r a j   P r a ka s h   Mu r th y)   883   iii)   C h o s en   clien ts   u til is an   in f o r m atio n   g ath e r ed   f r o m   I o T   d ev ices  u n d er   th eir   ac ce s s   to   en h an ce   an   ap p r o ac h   u n d er   esti m atio n   wh er ea s   k ee p in g   a   lo ca l d ata’ s   p r iv ac y .   iv )   T o   k ee p   clien p r iv ac y ,   o n ly   th p ar am eter s   o f   an   u p d ated   m o d el  ar tr a n s m itted   to   ce n tr al  s er v er .   v)   Af ter   o b tain in g   th m o d if icati o n s ,   s er v er   a g g r e g ated   weig h ts   f r o m   d i f f er en n o d e   m o d e ls   to   g en er ate   an   u n k n o wn   m o d el   ( 3 ) .   Fed Av g   ap p r o ac h   is   u tili s ed   f o r   ag g r eg atio n .   T h u s ,   t h p ar am eter s   ar e   esti m ated   ac co r d in g   t o   d atab ase  s ize  at  ev er y   n o d e .   v i)   Up d ate  m o d el  p ar am eter s   ar r etu r n ed   to   clien ts   th r o u g h   a   c en tr al  s er v er .   v i i )   E v e r y   c l ie n t   u t i l i s e s   u n k n o w n   n e t w o r k   p a r a m e t er s   a n d   c r e a t e s   m o d if i c a t io n s   a c co r d in g   t o   a n   u n k n o wn   d a t a .     v iii)   Fo r   en d u r in g   m o d el  u n d er s tan d in g   an d   en h an ce m en t,   s tep s   4   to   7   ar r ep etitiv e.       3 . 1 .     G ra dient  des ce nt  o ptim iza t io n ba s ed  weig hte d f eder a t ed  lea rning   An   im p o r ta n lim itatio n   in   FL  is   n etwo r k   b an d wid th ,   wh ic h   r estricts  s p ee d   at  lo c al  u p d ates  f r o m   m u ltip le  estab lis h m en ts   ar ag g r eg ated   i n   clo u d .   T o   tac k le  th is   is s u e,   Fed Av g   u tili ze s   lo ca d ata  f o r   GDO  p r io r   p e r f o r m in g   th weig h ted   av er ag a g g r e g atio n   ap p r o ac h   u p lo a d ed   th r o u g h   ev er y   n o d e.   An   a p p r o ac h   p r o f its   iter ativ ely ,   u p d ate  g l o b al  m o d el  in   e v er y   tr ain in g   r o u n d   ac co r d in g   t o   co n tr ib u tio n s   f r o m   co n tr ib u tin g   o r g an izatio n s .   C o n v e n tio n al  c en tr alize d   lear n in g   m eth o d s   in teg r ate  d ata  f r o m   v ar io u s   o r g an is atio n s   in to   an   in d iv id u al   d atab ase.   T h is   lea d s   to   s u b s tan tial  m ess ag c o s ts   an d   h az ar d s   f o r   d ata  c o n f i d en tiality .   T o   s o lv e   th ese  lim itatio n s ,   th p r iv ac y - p r eser v in g   a p p r o ac h   p r ep ar e d   th r o u g h   f o r ec asti n g   ap p r o ac h   is   p r o p o s ed   f o r   FL.   T h is   s o lu tio n   b e g in s   th r o u g h   u tilzin g   Fed Av g   ap p r o ac h   f o r   p a r am eter   a g g r e g atio n ,   g at h er in g   in clin d ata   f r o m   d if f er en n o d es.  Af ter   th at  d ev elo p ed   a n   im p r o v ed   ty p o f   Fed Av g   to   r e d u ce   co m m u n icatio n   o v er h ea d   as  well  as  em p lo y   s ig n if ican co m b i n atio n .   T h is   is   p r ed o m in an tly   ad v an tag eo u s   f o r   lar g e - s ca le  an d   d is tr ib u ted   f o r ec asti n g   f o llo wi n g   i)   Own   s u p p o r ts   f r o m   clien ts   ar e   weig h ted   ac co r d in g   t o   th eir   d ata  q u an tity   as we ll a s   m o d el  e f f ec tiv en ess .     ii)   An   en h an ce d   FL  ap p r o ac h   t h r o u g h   Fed Av g   is   u tili ze d   f o r   v ig o r o u s   ag g r eg atio n ,   m e ets  f o r   s y s tem   d y n am ic  as we ll a s   an d   d awd l er s .     iii)   R ath er   th an   ea s y   av er ag in g ,   weig h ted   av er ag in g   is   u s ed ,   wh er th weig h ts   ar id en tifie d   in   ter m s   o f   ev er y   clien t s   d ata  d is tr ib u tio n ,   q u ality   o r   esti m atio n   i n d ic es.  T h is   ap p r o ac h   g iv es  m o r e   in s p ir atio n   to   clien ts   th r o u g h   m o s t a p p r o p r ia te  o r   h ig h er - ex ce llen ce   d ata.   iv )   I n s tead   o f   s im p le  ca lcu latio n ,   r ec en co m b in atio n   ap p r o ac h es  h av b ee n   d ev elo p ed   th a in co r p o r ate   s tatis t ical  ch ar ac ter is tics   o f   clien u p d ates  lik e   v ar ian ce   in te r v als,  to   en a b le  m o r e   d etail ed   an d   r o b u s g lo b al  u p d ate.   v)   p u r p o s o f   u tili zin g   weig h ted   av er ag i n g   is   to   d elib er ate  d ata’ s   ir r eg u lar   d is p er s io n   o f   d ata  a n d   ex ce llen ce   o v er   clien ts .   T h u s ,   th clien ts ,   th r o u g h   less   o r   m in im al  d ata  f r o m   co n tr o llin g   g lo b al   ap p r o ac h   u p d ate,   a r r em o v ed .   R ath er   th an   ev en ly   av er a g in g   an   a p p r o ac h   u p d ate   f r o m   ev er y   clien t,  t h e   weig h ts   ar ap p lied   to   e v er y   c lien t’ s   u p d ate.   T h weig h ts   w er esti m ated   ac co r d i n g   to   ea c h   clien t’ s   d ata   d is p er s al,   q u ality   as we ll a s   tr ain in g   ef f ec tiv e n ess .   v i)   E v alu atio n   o f   weig h t:  f o r   cl ien i ass u m   d en o tes  th s iz o f   d ata;    d en o tes  q u ality   s co r e;    illu s tr ates a n   ef f ec tiv en ess   o f   tr ain in g .   T h weig h   f o r   a   clien t is ex p r ess ed   in   ( 4 )   an d   ( 5 ) .     = ×  = 1 + × + ( 1 ) ×   ( 4 )     = ×  = 1 + × + ( 1 ) ×   ( 5 )     Her e,   λ   an d   μ   d em o n s tr ates  th h y p e r p ar am eter s   id e n tify i n g   th im p o r tan ce   o f   d ata  s ize  as  well  as   q u ality   o f   d ata  in d iv id u ally .   T h ese  ass u r an ce s   p r o v id m o s t - b alan ce d   an d   ac cu r ate  d e p ictio n   o f   d ata   f r o m   ea ch   c o o p e r atin g   clien t.  At  ev er y   co m m u n icatio n   r o u n d ,   ev er y   d ev ice  esti m ates  lo ca u p d ate  an d   th en   s en d s   it  to   ce n tr al  s er v er   f o r   a g g r e g atio n .   T h is   iter atio n   co n tin u es  till   an   ap p r o a ch   m ee ts   o r   a   p r escr ib ed   co u n t o f   co m m u n ic atio n   r o u n d s   is   en co u n ter ed .       4.   RE SU L T S AN D I SCU SS I O N   I n   th e   in v esti g atio n   r esu l ts ,   s ig n if ican ce   o f   an   in tr o d u ce d   m eth o d   o f   GDO - W FL     p r iv ac y - p r eser v in g   is   esti m ated .   T h e   ex p er im en ts   o f   th e   in tr o d u ce d   ap p r o ac h   ar e   r ea lized   o n   Py th o n   3 . 1 0 . 1 2   th r o u g h   W in d o ws  1 0   OS,  1 6   GB   R AM   an d   I n tel  i5   p r o c ess o r .   s ig n if ican ce   o f   in tr o d u ce d   a p p r o ac h   is   v alid ated   th r o u g h   u s in g   n u m er o u s   p er f o r m an ce   m etr ics s u ch   as a cc u r ac y ,   co m m u n icatio n   c o s t,  co m p u tatio n al   co s t ,   an d   r u n n in g   tim e.     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 2 5 2 - 8 9 3 8   I n t J Ar tif   I n tell Vo l.  1 5 ,   No .   1 ,   Feb r u ar y   2 0 2 6 :   878 - 8 8 7   884   4 . 1 .     Da t a s et   des cr iptio n   T h is   r esear ch   u tili s es  b en ch m ar k   MN I ST  an d   C I FAR - 1 0   d atasets   f o r   im p lem en tin g   th s ig n if ican ce   o f   th in tr o d u ce d   ap p r o ac h .   MN I ST  [ 2 9 ]   is   h an d wr itte n   d ig ital  r ep ai r   d ataset  in v o l v in g   6 0 , 0 0 0   tr ain i n g   in s tan ce s   as  well  as  1 0 , 0 0 0   t esti n g   s am p les,  an d   2 8 ×2 8   s ize  g r ey - lev el  im a g e.   MN I ST   is   p ar titi o n ed   in to   m u ltip le  s u b - d atasets   f o r   FL,   wh ile  s ize  o f   e v er y   s u b - d ata s et  is   1 0 0   in s tan ce s .   As  ass o ciate d   with   MN I ST,   C I FAR - 10  [ 3 0 ]   in v o lv es  th m o s co m p lex   in teg r atio n ,   co m p r is in g   6 0 , 0 0 0   3 2 × 3 2   co lo r   in s tan ce s   in     1 0   ca teg o r ies,  with   6 , 0 0 0   in s t an ce s   p er   class .   MN I ST  an d   C I FAR - 1 0   d atasets   ar b r o ad ly   u tili zin g   in   ML   o p er atio n s   lik i m ag class if icatio n .   W h er ea s   th ese  d atasets   lack   in v o lv em e n o f   p er s o n ally   id e n tifia b le   in f o r m atio n   ( PII ) ,   th e y   r em ain   v u ln e r ab le  to   s p ec if ic  p r iv ac y   attac k s .   m ajo r   s ec u r ity   th r ea is   in v o lv em en t   im p licatio n ,   wh er e   an   attac k er   tr ies  to   d eter m in e   s p ec i f ic  d ata  p o in is   p o r tio n   o f   an   ac tu al  d atab ase.   Simu ltan eo u s ly ,   wh ile   MN I ST  an d   C I FAR - 1 0   d atasets   lack   in v o lv em en in   PII ,   i is   co n ce iv a b le  to     re - class if y   en titi es  th r o u g h   in t eg r atin g   d ataset  with   o u ts id e   d ata.   T h er is   g r ea ter   is s u th at  an   attac k er   h as   tr ied   to   r e - d eter m in th o s in d iv id u als ac co r d in g   to   th eir   f ea t u r es.     4 . 2 .     P er f o r m a nce  ev a lua t io n   T h s ig n if ican ce   o f   th p r o p o s ed   m eth o d   is   esti m ated   with   th p r ev io u s   m eth o d s   b y   u s i n g   v a r io u s   p er f o r m an ce   m etr ices.  T h ex is tin g   m eth o d s ,   s u ch   as  FL,   Fed Av g   an d   o p tim ized   f e d er ate   lear n in g   ( OFL)   ar e   esti m ated   an d   co m p ar e d   with   th p r o p o s ed   GDO - W FL.   T h ef f ec tiv en ess   o f   th p r o p o s ed   m eth o d   is   esti m ated   b y   u s in g   v a r io u s   p er f o r m an ce   m etr ices  s u ch   as  n u m b er   o f   r o u n d s ,   n u m b er   o f   cli en ts   an d   n u m b er   o f   g r ad ien ts   o r   p ac k ets p er   u s er .   T ab le  1   d em o n s tr ates  th p er f o r m an ce   ev al u atio n   o f   ac c u r a cy   b ased   o n   th n u m b e r   o f   r o u n d s .   T h e   n u m b er   o f   r o u n d s   s u ch   as  5 ,   1 0 ,   1 5 ,   2 0 ,   an d   2 5 ,   is   co n s id er ed   to   esti m ate  th s ig n if ican ce   o f   th in tr o d u ce d   ap p r o ac h .   I n   MN I ST  d ataset,   th p r o p o s ed   GDO - W FL  ap p r o ac h   attain s   th b etter   ac cu r ac y   o f   9 9 . 3 % ,   9 8 . 5 % 9 8 . 7 % ,   9 8 . 8 % ,   an d   9 8 . 5 as  well  as  in   C I FA R   d ataset,   th p r o p o s ed   GDO - W FL  ap p r o a ch   attain s   th b etter   ac cu r ac y   o f   9 1 . 5 % ,   8 8 . 7 % ,   8 9 . 1 % ,   8 9 . 5 % ,   an d   8 9 . 7 b ase d   o n   t h d if f er en n u m b e r   o f   r o u n d s   o f   5 ,   1 0 ,   1 5 ,   2 0 ,   an d   2 5   in d iv i d u ally .   T ab le  2   d e m o n s tr ates  th p e r f o r m an ce   e v alu atio n   o f   ac c u r a cy   b ased   o n   th n u m b er   o f   cl ien ts .   T h n u m b er   o f   r o u n d s   s u ch   as  2 ,   4 ,   6 ,   8 ,   an d   1 0   is   co n s id er e d   to   esti m ate  th s ig n if ican c o f   th in tr o d u ce d   ap p r o ac h .   I n   MN I ST  d ataset,   th p r o p o s ed   GDO - W FL  ap p r o ac h   attain s   th b etter   ac cu r ac y   o f   9 4 . 5 % ,   9 4 . 7 % 9 5 . 0 % ,   9 5 . 3 % ,   an d   9 5 . 8 as  well  as  in   C I FA R   d ataset,   th p r o p o s ed   GDO - W FL  ap p r o a ch   attain s   th b etter   ac cu r ac y   o f   8 7 . 3 % ,   8 7 . 5 % ,   8 7 . 9 % ,   8 8 . 1 % ,   an d   8 8 . 3 %   b ased   o n   th d if f er e n n u m b er   o f   r o u n d s   o f   2 ,   4 ,   6 ,   8 ,   an d   1 0   in d iv i d u ally .       T ab le  1 .   Per f o r m an ce   ev alu ati o n   o f   ac cu r ac y   r esu lts   ( %)  b ased   o n   n u m b er   o f   r o u n d s   D a t a s e t   M e t h o d s   N u mb e r   o f   r o u n d s   5   10   15   20   25   M N I S T   FL   9 3 . 2   9 3 . 5   9 3 . 8   9 4 . 0   9 4 . 1   F e d A V g   9 5 . 8   9 5 . 9   9 6 . 3   9 6 . 7   9 6 . 8   O F L   9 6 . 4   9 6 . 5   9 7 . 1   9 7 . 4   9 7 . 5   GDO - WFL   9 9 . 3   9 8 . 5   9 8 . 7   9 8 . 8   9 8 . 8   C I F A R - 10   FL   8 3 . 3   8 3 . 4   8 3 . 8   8 4 . 2   8 4 . 3   F e d A V g   8 4 . 3   8 4 . 5   8 4 . 7   8 4 . 9   8 5 . 0   O F L   8 6 . 1   8 6 . 4   8 6 . 5   8 6 . 9   8 7 . 2   GDO - WFL   9 1 . 5   8 8 . 7   8 9 . 1   8 9 . 5   8 9 . 7       T ab le  2 .   Per f o r m an ce   ev alu ati o n   o f   ac cu r ac y   r esu lts   ( %)  b ased   o n   n u m b er   o f   clien ts   D a t a s e t   M e t h o d s   N u mb e r   o f   c l i e n t s   2   4   6   8   10   M N I S T   FL   9 0 . 6   9 0 . 8   9 1 . 2   9 1 . 5   9 1 . 6   F e d A V g   9 2 . 5   9 2 . 8   9 2 . 9   9 3 . 1   9 3 . 3   O F L   9 3 . 5   9 3 . 6   9 3 . 9   9 4 . 2   9 4 . 4   GDO - WFL   9 4 . 5   9 4 . 7   9 5 . 0   9 5 . 3   9 5 . 8   C I F A R - 10   FL   8 0 . 3   8 1 . 6   8 1 . 9   8 2 . 1   8 2 . 5   F e d A V g   8 3 . 3   8 3 . 7   8 3 . 8   8 4 . 2   8 4 . 5   O F L   8 5 . 3   8 5 . 7   8 5 . 9   8 6 . 0   8 6 . 3   GDO - WFL   8 7 . 3   8 7 . 5   8 7 . 9   8 8 . 1   8 8 . 3       T ab le  3   d em o n s tr ates  th p er f o r m an ce   ev alu atio n   o f   c o m m u n icatio n   co s b ased   o n   g r ad ien ts /p ac k ets  p er   u s er .   T h n u m b er   o f   g r ad ien ts /p ac k ets  p er   u s er   s u c h   as  1 , 0 0 0 ,   2 , 0 0 0 ,   3 , 0 0 0 ,   4 , 000 ,   a n d   5 , 0 0 0   ar e   co n s id er ed   to   esti m ate  s ig n if ican ce   o f   in tr o d u c ed   ap p r o a ch .   I n   MN I ST  d ataset,   th p r o p o s ed   GDO - W FL   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Ar tif   I n tell     I SS N:   2252 - 8 9 3 8       Gra d ien t d escen t o p timiz a tio n   b a s ed   w eig h ted   fed era ted   lea r n in g   fo r   p r iva cy -     ( Gu r u r a j   P r a ka s h   Mu r th y)   885   ap p r o ac h   attain s   th b etter   c o m m u n icatio n   c o s o f   4 9 0   KB ,   5 1 0   KB ,   5 3 0   KB ,   6 1 0   KB ,   an d   6 5 0   KB   as  well  as   in   C I FAR   d ataset,   th p r o p o s ed   GDO - W FL  ap p r o ac h   att ain s   th b etter   co m m u n icatio n   co s o f   4 5 0   KB   490   KB ,   5 2 0   KB ,   6 4 0   KB ,   an d   6 0   KB   b ased   o n   t h d if f e r e n n u m b er   o f   g r ad ien ts /p ac k et s   p er   u s er   o f   1 , 0 0 0 ,   2 , 0 0 0 ,   3 , 0 0 0 ,   4 , 0 0 0 ,   a n d   5 , 0 0 0   in d iv id u ally .       T ab le  3 .   Per f o r m an ce   ev alu ati o n   o f   co m m u n icatio n   c o s t ( KB )   b ased   o n   g r ad ien ts /p ac k ets  p er   u s er   D a t a s e t   M e t h o d s   N u mb e r   o f   g r a d i e n t s / p a c k e t p e r   u ser   1 , 0 0 0   2 , 0 0 0   3 , 0 0 0   4 , 0 0 0   5 , 0 0 0   M N I S T   FL   5 7 0   6 0 0   6 1 0   6 6 0   7 0 0   F e d A V g   5 4 0   5 8 0   5 8 0   6 4 0   6 9 0   O F L   5 2 0   5 4 0   5 6 0   6 3 0   6 7 0   GDO - WFL   4 9 0   5 1 0   5 3 0   6 1 0   6 5 0   C I F A R - 10   FL   5 5 0   5 9 0   6 4 0   7 1 0   7 4 0   F e d A V g   5 2 0   5 5 0   6 1 0   6 9 0   7 2 0   O F L   4 9 0   5 3 0   5 7 0   6 6 0   7 0 0   GDO - WFL   4 5 0   4 9 0   5 2 0   6 4 0   6 7 0       4 . 3 .     Co m pa ra t iv a na ly s is   T h e   co m p a r a t iv e   an a ly s i s   o f   t h e   p r o p o s ed   m e th o d   b a s e d   o n   th e   ex i s t i n g   m e th o d   i s   d es c r i b ed   i n   t h i s   s e c t i o n .   T a b le   4   d e m o n s t r a t e s   t h e   c o m p ar a t iv e   a n a ly s i s   o f   t h e   e x i s t i n g   m e th o d   w i t h   t h e   p r o p o s ed   m e t h o d .   T h e   ef f e c t iv en e s s   o f   t h e   p r o p o s e d   m e t h o d   i s   v a l i d a t e d   b a s ed   o n   t w o   d i f f e r en t   d a t a s e t s   l i k e   M N I S T   a n d   C I F A R - 1 0 .       T ab le  4 .   C o m p a r ativ an aly s is   o f   ac cu r ac y   r esu lts   ( %)  o f   th e   p r o p o s ed   m eth o d   with   th e x i s tin g   m eth o d   M e t h o d   D a t a s e t s   M N I S T   C I F A R - 10   C e n t r a l i z e d   l e a r n i n g   [ 2 1 ]   9 8 . 2   8 9 . 3   P r o p o se d   G D O - W F [ 2 2 ]   9 9 . 3   9 1 . 5       4 . 4 .     Dis cus s io n   T h p r o p o s ed   GDO - W FL  ap p r o ac h   o u t p er f o r m s   ex is tin g   FL  m o d els  b y   en s u r in g   p r i v ac y   a n d   m o d el  p er f o r m an ce   e v en   u n d er   h eter o g en eo u s   clien s ettin g s .   Un li k p r e v io u s   m o d els,  it   d y n am ically   ac co u n ts   f o r   d ata  q u ality   a n d   tr ain i n g   ef f e ctiv en ess   th r o u g h   weig h ted   a v er ag in g ,   m in im izin g   th e f f e ct  o f   s tr ag g ler s   a n d   lo w - q u ality   co n t r ib u to r s .   T h e   in teg r atio n   o f   Kaf k a - Z o o k e ep er   en ab les  asy n ch r o n o u s   c o m m u n icatio n   an d   clien an o n y m ity ,   wh ich   is   o f t en   lack in g   in   tr ad itio n al   FL  s ch em es.  Secu r ag g r e g atio n   co m b in ed   with   n o is in jectio n   ( DP)   s ig n if ican tly   r ed u ce s   p r iv ac y   leak ag r is k .   T h ex p er im e n tal  r esu lts   ac r o s s   MN I ST  an d   C I FAR - 1 0   v alid ate  th s u p er io r   ac cu r ac y   an d   r ed u ce d   co m m u n icatio n   o v e r h ea d   o f   GDO - W FL.   Ov er all,   th e   m o d el  d em o n s tr ates a n   ef f icie n t,  s ec u r e,   an d   s ca lab le  s o lu tio n   f o r   FL   e n v ir o n m en ts .       5.   CO NCLU SI O N   F L   i s   p o p u l a r   co l l a b o r a t iv l e a r n i n g   wh i ch   co m b i n ed l y   t o   u p d a t t h w e ig h t s   o r   g r ad i e n t s   f o r   a c q u ir i n g   g lo b a l   a p p r o a c h .   D u e   to   th e   w e ig h t s   o r   g r ad ie n t s   a r s e n s i t i v e   d a t a ,   i h a s   b e en   i n v e s t i g a t e d   u n d e r   v a r io u s   p r iv a c y - p r e s er v i n g   ap p r o ac h e s .   T h i s   r e s ea r c h   p r o p o s e s   a   n o v e l   p r i v a c y - p r e s er v in g   F L   a p p r o a ch   n a m ed   G D O - W F L ,   w h i c h   s o l v e s   th e   p r o b l e m   o f   ex t r em e   co n t r ib u t io n   o f   lo w - q u a l i ty   d a ta   i n   f e d er a t ed   t r a in i n g .   T h r o u g h   d e v e l o p i n g   c o m p l ex   e s t i m at io n   v a l u e   f o r   a   d a t a ,   a   n o n - p o s i t i v e   i n f l u en c e   o f   l o w - q u a l i ty   d a t a   o n   f ed e r a ted   t r a in i n g   i s   m i n im i z e d ,   w h il e   m a k e   s u r e   a   p r iv a cy   a s   w e l l   a s   s e c u r i ty   o f   c o n tr i b u t o r   d a t a   b y   s e c u r e   m o d e l .   T h e x p e r im e n ta l   r es u l t s   i l l u s t r a t e s   t h a t h p r o p o s e d   G D O - W F L   a p p r o a ch   a t t a i n s   th o v e r a l ac c u r ac y   o f   9 9 . 3 %   an d   9 1 . 5 o n   M N I S T   a n d   C I F A R - 1 0   d at a s e t s   a s   c o m p ar e d   t o   t h e   e x i s t i n g   m e th o d   o f   F ed l a b X   m e t h o d .   I n   f u t u r e   r e s e a r c h ,   i t s   i m p o r t an t   t o   f o cu s   o n   t h e   i m p a c t   o f   m a l e v o l e n b e h av i o u r s   o n   b o t h   th c l i e n an d   s e r v e r   s i d e s .   F o r   i n s t a n c e ,   m a l ic i o u s   c l i e n m ig h t   m a n ip u l a t i t s   g r a d i en t   to   i n f l u en c e   th e   a cc u r a c y   o f   t h g l o b a l   m o d e l,   w h i le   a   m a l i ci o u s   s e r v e r   c o u l d   p r o v i d e   u s er s   w i t h   f a l s i f ie d   ag g r e g a t ed   r e s u l t s .       F UNDING   I NF O R M A T I O N   Au th o r s   s tate  n o   f u n d in g   in v o lv ed .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 2 5 2 - 8 9 3 8   I n t J Ar tif   I n tell Vo l.  1 5 ,   No .   1 ,   Feb r u ar y   2 0 2 6 :   878 - 8 8 7   886   AUTHO CO NT RI B UT I O NS ST A T E M E N T   T h is   jo u r n al  u s es  th C o n tr ib u to r   R o les  T ax o n o m y   ( C R ed iT)   to   r ec o g n ize  in d iv id u al  au th o r   co n tr ib u tio n s ,   r ed u ce   au th o r s h ip   d is p u tes,  an d   f ac ilit ate  co llab o r atio n .       Na m o f   Aut ho r   C   M   So   Va   Fo   I   R   D   O   E   Vi   Su   P   Fu   Gu r u r aj  Pra k ash   Mu r th y                               C h an d r ash ek h ar   Po m u   C h av an                                 C     C o n c e p t u a l i z a t i o n   M     M e t h o d o l o g y   So     So f t w a r e   Va     Va l i d a t i o n   Fo     Fo r mal   a n a l y s i s   I     I n v e s t i g a t i o n   R     R e so u r c e s   D   :   D a t a   C u r a t i o n   O   :   W r i t i n g   -   O r i g i n a l   D r a f t   E   :   W r i t i n g   -   R e v i e w   &   E d i t i n g   Vi     Vi su a l i z a t i o n   Su     Su p e r v i s i o n   P     P r o j e c t   a d mi n i st r a t i o n   Fu     Fu n d i n g   a c q u i si t i o n         CO NF L I C T   O F   I N T E R E S T   ST A T E M E NT   Au th o r s   s tate  n o   co n f lict o f   in t er est.       DATA AV AI L AB I L I T Y     T h d ata  th at  s u p p o r th f in d in g s   o f   th is   s tu d y   ar o p en l y   av ailab le  in   [ 2 0 1 2   I E E E   C o n f er e n ce   o n   C o m p u ter   Vis io n   an d   Patter n   R ec o g n itio n ]   at   h ttp ://d o i.o r g / 1 0 . 1 1 0 9 /C VPR . 2 0 1 2 . 6 2 4 8 1 1 0 ,   r ef er e n ce   n u m b er   [ 2 9 ] u p o n   r ea s o n ab le  r eq u est.     T h d ata   th at  s u p p o r t h f i n d i n g s   o f   th is   s tu d y   ar o p en l y   a v ailab le  in   [ T ec h n ical  R ep o r t,   Un iv er s ity   o f   T o r o n t o ]   at   h ttp s ://www. cs.t o r o n to . ed u /~k r iz/lear n in g - f ea t u r es - 2 0 0 9 - T R . p d f r ef er en ce   n u m b er   [ 3 0 ] u p o n   r ea s o n ab le  r eq u est.       RE F E R E NC E S   [ 1 ]   J.  Z h a n g ,   Y .   L i u ,   D .   W u ,   S .   L o u ,   B .   C h e n ,   a n d   S .   Y u ,   V P F L:   a   v e r i f i a b l e   p r i v a c y - p r e s e r v i n g   f e d e r a t e d   l e a r n i n g   s c h e me   f o r   e d g e   c o m p u t i n g   s y s t e ms ,   D i g i t a l   C o m m u n i c a t i o n a n d   N e t w o r k s ,   v o l .   9 ,   n o .   4 ,   p p .   9 8 1 9 8 9 ,   A u g .   2 0 2 3 ,     d o i :   1 0 . 1 0 1 6 / j . d c a n . 2 0 2 2 . 0 5 . 0 1 0 .   [ 2 ]   Z.   L i ,   H .   B a o ,   H .   P a n ,   M .   G u a n ,   C .   H u a n g ,   a n d   H . - N .   D a i ,   U EFL :   u n i v e r s a l   a n d   e f f i c i e n t   p r i v a c y - p r e serv i n g   f e d e r a t e d   l e a r n i n g ,   I EEE  I n t e r n e t   o f   T h i n g J o u r n a l ,   v o l .   1 2 ,   n o .   1 0 ,   p p .   1 4 3 3 3 1 4 3 4 7 ,   M a y   2 0 2 5 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / JI O T. 2 0 2 5 . 3 5 2 5 7 3 1 .   [ 3 ]   L.   Z h o n g ,   L .   Z h a n g ,   L .   X u ,   a n d   L.   W a n g ,   M P C - b a se d   p r i v a c y - p r e serv i n g   ser v e r l e ss  f e d e r a t e d   l e a r n i n g ,   i n   2 0 2 2   3 r d   I n t e r n a t i o n a l   C o n f e r e n c e   o n   B i g   D a t a ,   Art i f i c i a l   I n t e l l i g e n c e   a n d   I n t e rn e t   o f   T h i n g s   En g i n e e r i n g   ( I C BAIE) ,   J u l .   2 0 2 2 ,     p p .   4 9 3 4 9 7 .   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / I C B A I E5 6 4 3 5 . 2 0 2 2 . 9 9 8 5 9 3 3 .   [ 4 ]   J.  L i u ,   X .   Li ,   X .   L i u ,   H .   Z h a n g ,   Y .   M i a o ,   a n d   R .   H .   D e n g ,   D e f e n d F L :   a   p r i v a c y - p r e ser v i n g   f e d e r a t e d   l e a r n i n g   sc h e m e   a g a i n s t   p o i s o n i n g   a t t a c k s,”   I EE T r a n sa c t i o n o n   N e u r a l   N e t w o r k s   a n d   L e a r n i n g   S y s t e m s ,   v o l .   3 6 ,   n o .   5 ,   p p .   9 0 9 8 9 1 1 1 ,   M a y   2 0 2 5 ,     d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / TN N LS. 2 0 2 4 . 3 4 2 3 3 9 7 .   [ 5 ]   F .   W a n g ,   Y .   H e ,   Y .   G u o ,   P .   L i ,   a n d   X .   W e i ,   P r i v a c y - p r e s e r v i n g   r o b u st   f e d e r a t e d   l e a r n i n g   w i t h   d i st r i b u t e d   d i f f e r e n t i a l   p r i v a c y ,   i n   2 0 2 2   I E EE   I n t e r n a t i o n a l   C o n f e r e n c e   o n   T r u st ,   S e c u ri t y   a n d   Pri v a c y   i n   C o m p u t i n g   a n d   C o m m u n i c a t i o n ( T ru st C o m ) ,   D e c .   2 0 2 2 ,   p p .   5 9 8 6 0 5 .   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / Tr u s t C o m5 6 3 9 6 . 2 0 2 2 . 0 0 0 8 7 .   [ 6 ]   J.  W a n g ,   R .   W a n g ,   L.   X i o n g ,   N .   X i o n g ,   a n d   Z .   Li u ,   S A EV :   sec u r e   a g g r e g a t i o n   a n d   e f f i c i e n t   v e r i f i c a t i o n   f o r   p r i v a c y - p r e s e r v i n g   f e d e r a t e d   l e a r n i n g ,   I EE I n t e r n e t   o f   T h i n g s   J o u r n a l ,   v o l .   1 1 ,   n o .   2 4 ,   p p .   3 9 6 8 1 3 9 6 9 6 ,   D e c .   2 0 2 4 ,     d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / JI O T. 2 0 2 4 . 3 4 4 5 9 6 4 .   [ 7 ]   Y .   Q i a o ,   A .   A d h i k a r y ,   K .   T.   K i m,   C .   Zh a n g ,   a n d   C .   S .   H o n g ,   K n o w l e d g e   d i s t i l l a t i o n   a ssi st e d   r o b u st   f e d e r a t e d   l e a r n i n g :   t o w a r d e d g e   i n t e l l i g e n c e ,   i n   I C C   2 0 2 4   -   I EEE  I n t e rn a t i o n a l   C o n f e re n c e   o n   C o m m u n i c a t i o n s ,   J u n .   2 0 2 4 ,   p p .   8 4 3 8 4 8 .     d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / I C C 5 1 1 6 6 . 2 0 2 4 . 1 0 6 2 2 9 5 6 .   [ 8 ]   Z.   Li u ,   J.   G u o ,   W .   Y a n g ,   J.   F a n ,   K . - Y .   L a m,   a n d   J .   Zh a o ,   D y n a mi c   u ser   c l u st e r i n g   f o r   e f f i c i e n t   a n d   p r i v a c y - p r e s e r v i n g   f e d e r a t e d   l e a r n i n g ,   I EEE   T ra n s a c t i o n s   o n   D e p e n d a b l e   a n d   S e c u re   C o m p u t i n g ,   p p .   1 1 2 ,   2 0 2 4 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / TD S C . 2 0 2 4 . 3 3 5 5 4 5 8 .   [ 9 ]   Z.   Zh a n g   a n d   R .   H u ,   B y z a n t i n e - r o b u s t   f e d e r a t e d   l e a r n i n g   w i t h   v a r i a n c e   r e d u c t i o n   a n d   d i f f e r e n t i a l   p r i v a c y ,   i n   2 0 2 3   I EEE   C o n f e re n c e   o n   C o m m u n i c a t i o n a n d   N e t w o rk  S e c u ri t y   ( C N S ) ,   O c t .   2 0 2 3 ,   p p .   1 9 .   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / C N S 5 9 7 0 7 . 2 0 2 3 . 1 0 2 8 8 9 3 8 .   [ 1 0 ]   Z.   L u ,   S .   L u ,   X .   T a n g ,   a n d   J.   W u ,   R o b u s t   a n d   v e r i f i a b l e   p r i v a c y   f e d e r a t e d   l e a r n i n g ,   I EEE   T ra n s a c t i o n s   o n   Ar t i f i c i a l   I n t e l l i g e n c e ,   v o l .   5 ,   n o .   4 ,   p p .   1 8 9 5 1 9 0 8 ,   A p r .   2 0 2 4 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / TA I . 2 0 2 3 . 3 3 0 9 2 7 3 .   [ 1 1 ]   X .   W a n g ,   S .   W a n g ,   Y .   L i ,   F .   F a n ,   S .   Li ,   a n d   X .   Li n ,   D i f f e r e n t i a l l y   p r i v a t e   a n d   h e t e r o g e n e i t y - r o b u st   f e d e r a t e d   l e a r n i n g   w i t h   t h e o r e t i c a l   g u a r a n t e e ,   I EEE   T r a n sa c t i o n s   o n   Ar t i f i c i a l   I n t e l l i g e n c e ,   v o l .   5 ,   n o .   1 2 ,   p p .   6 3 6 9 6 3 8 4 ,   D e c .   2 0 2 4 ,     d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / TA I . 2 0 2 4 . 3 4 4 6 7 5 9 .   [ 1 2 ]   S .   S .   N a g e s h ,   N .   F e r n a n d o ,   S .   W .   L o k e ,   A .   G .   N e i a t ,   a n d   P .   N .   P a t h i r a n a ,   H o n e y b e e - R S :   e n h a n c i n g   t r u s t   t h r o u g h   l i g h t w e i g h t   r e su l t   v a l i d a t i o n   i n   mo b i l e   c r o w d   c o mp u t i n g ,   i n   2 0 2 4   I E EE  2 3 rd   I n t e r n a t i o n a l   C o n f e r e n c e   o n   T r u st ,   S e c u r i t y   a n d   Pr i v a c y   i n   C o m p u t i n g   a n d   C o m m u n i c a t i o n s   ( T ru st C o m ) ,   D e c .   2 0 2 4 ,   p p .   2 5 5 3 2 5 5 8 .   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / Tr u st C o m 6 3 1 3 9 . 2 0 2 4 . 0 0 3 5 6 .   [ 1 3 ]   H .   Ze n g   e t   a l . ,   B S R - F L:   a n   e f f i c i e n t   B y z a n t i n e - r o b u st   p r i v a c y - p r e ser v i n g   f e d e r a t e d   l e a r n i n g   f r a m e w o r k ,   I E EE   T ra n sa c t i o n o n   C o m p u t e rs ,   v o l .   7 3 ,   n o .   8 ,   p p .   2 0 9 6 2 1 1 0 ,   A u g .   2 0 2 4 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / TC . 2 0 2 4 . 3 4 0 4 1 0 2 .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Ar tif   I n tell     I SS N:   2252 - 8 9 3 8       Gra d ien t d escen t o p timiz a tio n   b a s ed   w eig h ted   fed era ted   lea r n in g   fo r   p r iva cy -     ( Gu r u r a j   P r a ka s h   Mu r th y)   887   [ 1 4 ]   S .   N a z i r   a n d   M .   K a l e e m,   F e d e r a t e d   l e a r n i n g   f o r   m e d i c a l   i ma g e   a n a l y si w i t h   d e e p   n e u r a l   n e t w o r k s,   D i a g n o st i c s ,   v o l .   1 3 ,   n o .   9 ,   A p r .   2 0 2 3 ,   d o i :   1 0 . 3 3 9 0 / d i a g n o s t i c s1 3 0 9 1 5 3 2 .   [ 1 5 ]   L.   Zh a n g ,   T.   Z h u ,   P .   X i o n g ,   W .   Z h o u ,   a n d   P .   S .   Y u ,   A   r o b u st   g a m e - t h e o r e t i c a l   f e d e r a t e d   l e a r n i n g   f r a m e w o r k   w i t h   j o i n t   d i f f e r e n t i a l   p r i v a c y ,   I E EE   T ra n s a c t i o n s   o n   K n o w l e d g e   a n d   D a t a   E n g i n e e ri n g ,   v o l .   3 5 ,   n o .   4 ,   p p .   3 3 3 3 3 3 4 6 ,   A p r .   2 0 2 3 ,     d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / T K D E. 2 0 2 1 . 3 1 4 0 1 3 1 .   [ 1 6 ]   A. - T.   Tr a n   a n d   X . - S .   P h a m,  A   n o v e l   p r i v a c y - p r e ser v i n g   d e e p   l e a r n i n g   s c h e me  f o r   t h e   c l a ss i f i c a t i o n   o f   C O V I D - 1 9   i n   c h e st   X - r a y   i ma g e s,   i n   2 0 2 3   1 5 t h   I n t e rn a t i o n a l   C o n f e r e n c e   o n   K n o w l e d g e   a n d   S y st e m E n g i n e e ri n g   ( K S E) ,   O c t .   2 0 2 3 ,   p p .   1 6 .     d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / K S E 5 9 1 2 8 . 2 0 2 3 . 1 0 2 9 9 4 3 3 .   [ 1 7 ]   M .   S h e n   e t   a l . ,   S e c u r e   d e c e n t r a l i z e d   a g g r e g a t i o n   t o   p r e v e n t   m e m b e r s h i p   p r i v a c y   l e a k a g e   i n   e d g e - b a se d   f e d e r a t e d   l e a r n i n g ,   I EEE   T ra n s a c t i o n o n   N e t w o r k   S c i e n c e   a n d   En g i n e e ri n g ,   v o l .   1 1 ,   n o .   3 ,   p p .   3 1 0 5 3 1 1 9 ,   M a y   2 0 2 4 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / TN S E. 2 0 2 4 . 3 3 6 0 3 1 1 .   [ 1 8 ]   G .   Z h e n g ,   L.   K o n g ,   a n d   A .   B r i n t r u p ,   F e d e r a t e d   m a c h i n e   l e a r n i n g   f o r   p r i v a c y   p r e serv i n g ,   c o l l e c t i v e   su p p l y   c h a i n   r i s k   p r e d i c t i o n ,   I n t e r n a t i o n a l   J o u r n a l   o f   Pr o d u c t i o n   R e se a rc h ,   v o l .   6 1 ,   n o .   2 3 ,   p p .   8 1 1 5 8 1 3 2 ,   D e c .   2 0 2 3 ,   d o i :   1 0 . 1 0 8 0 / 0 0 2 0 7 5 4 3 . 2 0 2 2 . 2 1 6 4 6 2 8 .   [ 1 9 ]   K .   O . - A g y e men g ,   Z.   Q i n ,   H .   X i o n g ,   Y .   L i u ,   T .   Zh u a n g ,   a n d   Z .   Q i n ,   M S D P :   mu l t i - s c h e me   p r i v a c y - p r e s e r v i n g   d e e p     l e a r n i n g   v i a   d i f f e r e n t i a l   p r i v a c y ,   P e r so n a l   a n d   U b i q u i t o u C o m p u t i n g ,   v o l .   2 7 ,   n o .   2 ,   p p .   2 2 1 2 3 3 ,   A p r .   2 0 2 3 ,   d o i :   1 0 . 1 0 0 7 / s0 0 7 7 9 - 021 - 0 1 5 4 5 - 0.   [ 2 0 ]   T.   H .   R a f i ,   F .   A .   N o o r ,   T.   H u ss a i n ,   a n d   D . - K .   C h a e ,   F a i r n e ss  a n d   p r i v a c y   p r e ser v i n g   i n   f e d e r a t e d   l e a r n i n g :   a   s u r v e y ,   I n f o rm a t i o n   F u si o n ,   v o l .   1 0 5 ,   M a y   2 0 2 4 ,   d o i :   1 0 . 1 0 1 6 / j . i n f f u s. 2 0 2 3 . 1 0 2 1 9 8 .   [ 2 1 ]   Y .   Y a n   e t   a l . ,   F e d l a b x :   a   p r a c t i c a l   a n d   p r i v a c y - p r e ser v i n g   f r a mew o r k   f o r   f e d e r a t e d   l e a r n i n g ,   C o m p l e x   I n t e l l i g e n t   S y s t e m s v o l .   1 0 ,   n o .   1 ,   p p .   6 7 7 6 9 0 ,   F e b .   2 0 2 4 ,   d o i :   1 0 . 1 0 0 7 / s 4 0 7 4 7 - 0 2 3 - 0 1 1 8 4 - 3.   [ 2 2 ]   Y .   C h e n ,   B .   W a n g ,   H .   Ji a n g ,   P .   D u a n ,   Y .   P i n g ,   a n d   Z.   H o n g ,   P EPF L:   a   f r a mew o r k   f o r   a   p r a c t i c a l   a n d   e f f i c i e n t   p r i v a c y - p r e ser v i n g   f e d e r a t e d   l e a r n i n g ,   D i g i t a l   C o m m u n i c a t i o n a n d   N e t w o rks ,   v o l .   1 0 ,   n o .   2 ,   p p .   3 5 5 3 6 8 ,   A p r .   2 0 2 4 ,     d o i :   1 0 . 1 0 1 6 / j . d c a n . 2 0 2 2 . 0 5 . 0 1 9 .   [ 2 3 ]   S u mi t r a ,   J .   S h a r ma,   a n d   M .   V .   S h e n o y ,   H A F e d L :   a   H e ss i a n - a w a r e   a d a p t i v e   p r i v a c y   p r e s e r v i n g   h o r i z o n t a l   f e d e r a t e d   l e a r n i n g   sch e me  f o r   I o a p p l i c a t i o n s,   I EE A c c e ss ,   v o l .   1 2 ,   p p .   1 2 6 7 3 8 1 2 6 7 5 3 ,   2 0 2 4 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / A C C ESS . 2 0 2 4 . 3 4 5 4 0 7 4 .   [ 2 4 ]   H .   W a n g ,   Q .   W a n g ,   Y .   D i n g ,   S .   Ta n g ,   a n d   Y .   W a n g ,   P r i v a c y - p r e s e r v i n g   f e d e r a t e d   l e a r n i n g   b a s e d   o n   p a r t i a l   l o w - q u a l i t y   d a t a ,   J o u rn a l   o f   C l o u d   C o m p u t i n g ,   v o l .   1 3 ,   n o .   1 ,   M a r .   2 0 2 4 ,   d o i :   1 0 . 1 1 8 6 / s1 3 6 7 7 - 0 2 4 - 0 0 6 1 8 - 8.   [ 2 5 ]   L.   Z h o n g   e t   a l . ,   D u a l - ser v e r - b a se d   l i g h t w e i g h t   p r i v a c y - p r e ser v i n g   f e d e r a t e d   l e a r n i n g ,   I EE T r a n s a c t i o n o n   N e t w o r k   a n d   S e r v i c e   Ma n a g e m e n t ,   v o l .   2 1 ,   n o .   4 ,   p p .   4 7 8 7 4 8 0 0 ,   A u g .   2 0 2 4 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / TN S M . 2 0 2 4 . 3 3 9 9 5 3 4 .   [ 2 6 ]   L.   W a n g ,   X .   Z h a o ,   Z.   L u ,   L.   W a n g ,   a n d   S .   Z h a n g ,   E n h a n c i n g   p r i v a c y   p r e serv a t i o n   a n d   t r u s t w o r t h i n e ss  f o r   d e c e n t r a l i z e d   f e d e r a t e d   l e a r n i n g ,   I n f o rm a t i o n   S c i e n c e s ,   v o l .   6 2 8 ,   p p .   4 4 9 4 6 8 ,   M a y   2 0 2 3 ,   d o i :   1 0 . 1 0 1 6 / j . i n s. 2 0 2 3 . 0 1 . 1 3 0 .   [ 2 7 ]   X .   S u n ,   Z.   Y u a n ,   X .   K o n g ,   L.   X u e ,   L.   H e ,   a n d   Y .   L i n ,   C o mm u n i c a t i o n - e f f i c i e n t   a n d   p r i v a c y - p r e s e r v i n g   a g g r e g a t i o n   i n   f e d e r a t e d   l e a r n i n g   w i t h   a d a p t a b i l i t y ,   I E EE   I n t e r n e t   o f   T h i n g J o u r n a l ,   v o l .   1 1 ,   n o .   1 5 ,   p p .   2 6 4 3 0 2 6 4 4 3 ,   A u g .   2 0 2 4 ,     d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / JI O T. 2 0 2 4 . 3 3 9 6 2 1 7 .   [ 2 8 ]   F .   S h a n ,   Y .   Lu ,   S .   Li ,   S .   M a o ,   Y .   Li ,   a n d   X .   W a n g ,   Ef f i c i e n t   a d a p t i v e   d e f e n se  sc h e m e   f o r   d i f f e r e n t i a l   p r i v a c y   i n   f e d e r a t e d   l e a r n i n g ,   J o u r n a l   o f   I n f o rm a t i o n   S e c u ri t y   a n d   A p p l i c a t i o n s ,   v o l .   8 9 ,   M a r .   2 0 2 5 ,   d o i :   1 0 . 1 0 1 6 / j . j i sa. 2 0 2 5 . 1 0 3 9 9 2 .   [ 2 9 ]   D .   C i r e sa n ,   U .   M e i e r ,   a n d   J .   S c h m i d h u b e r ,   M u l t i - c o l u m n   d e e p   n e u r a l   n e t w o r k f o r   i ma g e   c l a ssi f i c a t i o n ,   i n   2 0 1 2   I EE E   C o n f e re n c e   o n   C o m p u t e Vi s i o n   a n d   Pa t t e r n   Re c o g n i t i o n ,   J u n .   2 0 1 2 ,   p p .   3 6 4 2 3 6 4 9 .   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / C V P R . 2 0 1 2 . 6 2 4 8 1 1 0 .   [ 3 0 ]   A .   K r i z h e v sk y ,   Le a r n i n g   m u l t i p l e   l a y e r o f   f e a t u r e f r o t i n y   i ma g e s.   T e c h n i c a l   Re p o rt ,   U n i v e r si t y   o f   T o r o n t o ,   To r o n t o ,   O n t a r i o ,   2 0 0 9 .   [ O n l i n e ] .   A v a i l a b l e :   h t t p s : / / w w w . c s. t o r o n t o . e d u / ~ k r i z / l e a r n i n g - f e a t u r e s - 2 0 0 9 - TR . p d f       B I O G RAP H I E S O F   AUTH O RS       G u r u r a Pra k a sh  Mu r th y           is  re se a rc h   sc h o lar  a P ES   Un i v e rsity .   C o m p lete d   b a c h e lo o f   En g in e e ri n g   a n d   m a ste o f   En g i n e e rin g   i n   Visv e sw a ra y a   i n stit u te   o f   tec h n o l o g y .   Wo rk e d   a so ftwa re   e n g in e e 1 0   y e a rs  in   IT  i n d u stry   a n d   p re se n tl y   w o rk i n g   a a n   a ss istan t   p ro fe ss o fr o m   p a st t h re e   y e a rs.  He   c a n   b e   c o n tac ted   a t   e m a il g u r u r a jp @p e s.e d u .         Cha n d r a shek h a r   P o m u   Cha v a n           re c e iv e d   h is  B. E.   d e g re e   in   Co m p u ter  S c ien c e   a n d   En g in e e rin g   fro m   G u ru   Na n a k   De v   En g in e e rin g   Co ll e g e ,   Bi d a r,   Ka rn a tak a ,   In d ia,  a n d   h is   M .   Tec h   d e g re e   in   Ne two rk   a n d   In tern e En g in e e rin g   fr o m   S ri   Ja y a c h a m a ra jen d ra   Co ll e g e   o f   En g i n e e rin g ,   M y s o re ,   Ka rn a tak a ,   In d ia,  wh e re   h e   se c u re d   th e   3 r d   ra n k   in   t h e   u n iv e rsity .   He   late e a rn e d   h is  P h . D.  i n   th e   field   o Wi re les Ne two rk in g   fr o m   th e   In d ian   In st it u te  o S c ien c e   (IIS c ),   Ba n g a l o re ,   In d ia.  His  c o re   re se a rc h   in tere sts  in c lu d e   wire les n e two rk s,  m o b il e   a d - h o c   n e two rk s   (M AN ET s),   Io T,   a rt i ficia in tell ig e n c e   a n d   m a c h in e   lea rn in g   (AIM L),   c lo u d   c o m p u ti n g ,   u b i q u i to u n e tw o rk s,  n e two r k   se c u rit y ,   p e r v a siv e   c o m p u ti n g ,   c o n tex t - a wa re   sy ste m s,  a n d   p o st - q u a n t u m   c ry p t o g ra p h y .   He   c a n   b e   c o n tac ted   a e m a il c p c h a v a n @p e s.e d u .       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.