huang, huawei – Page 4

元宇宙与网络游戏有何区别

黄华威，1月24日，2022年

昨天，我往大学群里发送了一个朋友圈看到的“元宇宙烟花大会”的链接，可以使用浏览器体验一下元宇宙里的烟花大会。虽然粗糙，但是体验还是挺新奇的。随后，几位同学就聊起了元宇宙的一些话题。
我首先抛砖引玉地说道：在这个展览里确实可以看到一些艺术画像等作品，这些艺术品被做成了 NFT，就可以在元宇宙中进行买卖了。
然后一位范同学说：我一直搞不懂元宇宙跟沙盒类的网游有啥本质区别，感觉元宇宙是一个更加开放化的沙盒类网游嘛。
这个问题成功地激起了我们的老朋友林建入老师（注：林建入为唬米科技CEO）的兴趣，林老师随即开启讲解模式：元宇宙不是游戏，元宇宙里可以开会，可以工作，可以购物，比如说，里面可以开发出淘宝那样的应用。

【林建入接连两个解释】

解释 1：“其实那个元宇宙，就现在大家说的那个元宇宙啊，就感觉不就是一个，比如说一个游戏，然后举例子啊，比如说大家戴个VR头盔之类的，然后那进去，跟玩一般的游戏比如说开放世界或者沙盒游戏有什么差别呢？如果从这个角度去看呢，其实会发现那元宇宙它跟诈骗没什么两样。”

解释 2：“其实呢，理解元宇宙的最根本的点呢，实际上就是要明白他不是游戏啊，它实际上是一个虚拟世界，是你可以理解为我们玩的游戏里面都是为了娱乐的，对吧？嗯，不会有人在游戏里面办公，对不对？没有人在游戏里面办公，你见过谁在游戏里面处理这个office的文档，谁在游戏里面在去比如说编程啊，工作啊，设计设计各种东西？其实不会的，因为那些都是游戏娱乐用。元宇宙呢，其实本质上来说是把游戏的那一套技术，再加上互联网已有的那一套技术，两个东西合起来做一个虚拟世界，这个东西是比一般的游戏技术，实际上是要复杂的多的。”

紧接着林老师继续解释道：它的价值在于，把现有的互联网提升到了一个全新的体验高度。元宇宙要能成功，它必须做的像浏览器一样做到以下两点：1、构建一个公共的开放世界；2、任何人都可以制作内容，放到开放世界里。而浏览器的技术，基本上已经极其难做了。现在要做一个虚拟世界级别的浏览器，难度就更大。不过可以从简单开始。所以初期可以搞一系列的小 demo。慢慢探索。

【林建入接连3个解释】

解释 3：“其实元宇宙的概念的话，肯定不是新概念，对吧，就以前的时候，很早很早的那种科幻作品里面就有虚拟世界的这种设想，然后呢，你包括刚上映的这个黑客帝国四里面，他也是把整个世界是吧，它是当做是一个虚拟的一个游戏，他是这么认为，这么理解的，所以其实这些概念呢，其实都不是新的。但是呢，为什么现在说又开始炒这个元宇宙的东西呢？既然不是新概念，对吧，其实真正的原因是在于以前呢，只是设想，现在呢，其实从技术的角度来说，已经开始摸到一点点这个边了。就是说现在从技术上来讲，过去的设想开始有一点点可行性了，但是呢，我其实个人认为啊，这个元宇宙的这个想法到实现，其实可能需要20年以上的时间左右的技术发展，因为回顾之前，从90年代互联网泡沫到2000年，到2010年才正式开始互联网的大蓬勃的话，也是差不多20年的时间。”

解释 4：“但是呢，就是我最近也看了，因为元宇宙里面它有很多的技术支撑嘛，我们眼睛能看得到，也是冲击力最强的，肯定还是那个虚拟世界，对吧，就他那个不管你在电脑上玩也好，或者说你戴上VR体验，不管怎么说吧，就那个虚拟世界，对我们肯定是冲击性最强的。其实那个东西能不能做，出现在元宇宙的概念呢，实际上还是不太行的。主要的原因是因为现有的游戏开发工具，比如说各种引擎，像那个包括虚幻五这种顶尖的引擎，或者行业里面普遍用的像unity之类的，这些其他的引擎。其实呢，他们的整个开发的流程呢，成本很高。而且的话呢，存在很多的局限性，这种局限性呢，不是像我们说的那个现在的游戏，大家都普遍的感觉是做越做越好，对吧，包括那种画面啊，包括那种互动性啊，感觉你越来越强，但实际上你真正去了解它游戏制作的过程，实际上它的限制还是非常非常多的。”

解释 5：“比如说现在如果你想做一个真正的这种元宇宙概念的这个社交的一个平台，就像我们我们说一个简单例子，比如说，Facebook 想把他的 Facebook 搬到这个虚拟世界里面去，他面临的挑战也是非常多的。他这个挑战不仅仅是说，比如说 Facebook，他花巨资，举个例子，他也是一直把钱砸下去，比如说把虚幻引擎的公司整个买下来，那他能不能做出来呢？它可以做出视觉效果，看起来很炫酷，但是实际上离他的这个真正的概念仍然差得很远，这个差别主要在哪儿，从技术上来讲，我举个小例子，你在游戏里边可以看网页吗？其实是看不了的。游戏里边看网页这件事其实是技术上很大的难点。这个问题表面上看像把浏览器的画面放在游戏里。实际上两种截然不同的技术体系要完成一个融合。”

经林老师讲解，我感觉完全实现元宇宙的设想，其实是一件挺复杂的事情。
然后，范同学继续追问：那为啥要在元宇宙里工作呢？不觉得很奇怪嘛，在元宇宙里浏览网页，为啥不直接浏览网页呢？这不是多此一举吗？比如在元宇宙里网购，为啥不直接网购咧？

【林建入老师继续回复道】

解释 6：“其实像元宇宙的这种东西吗，你比如说大家也会想说啊，我为什么要去加入到元宇宙里面，我就，我就不想进入元宇宙对吧，我对这个东西完全不感兴趣，可不可以呢？其实当然可以，我们回看一下历史啊，比如说互联网刚刚诞生的时候，九十年代初的时候，当时在华尔街就开始就纳斯达克，就开始炒那些所谓的点抗泡沫，那个时候才只是一个电脑接一个网线，你想那个电电脑的分辨率还很低呢，6640乘320吧。你想。现在都是马赛克画面，然后在那个情况下呢，他们就开始开发购物网站，做各种东西，其实那个时候后来不是泡沫也破裂了，可是呢，最后互联网发展怎么样呢？互联网现在大家谁还离得开呢？当初那些选择不加入互联网的人，当然他们不会去炒作这个东西，但是最后他们都不得不进入互联网的世界，就像现在老年人，他如果说不会操作打车软件，他现在打车都很困难，就造成了一个问题，就是你不是你自愿加入，你是被动卷入的。”

解释 7：“核心的问题就是在于，其实这个世界的发展并不是由大多数人决定的，就是说就像如果人类社会像列火车的话呢，其实火车头才是决定火车的方向的，这个火车头只是这个人类世界里面最聪明的，最小的一群人，也就是说整个人类，实际上大部分人的呢，大家都是盲从的，他们本以为他们有自主意识，比如说他可以选择做什么，或选择不做什么，其实大家都没有自主选择的能力的，都只能随大流，这个大流就是由很少的一群人决定了这个世界的发展方向，因为智力资源就是很少的智力资源，他大家比如说你这个元宇宙的概念，你不需要说服所有人，你只要说服最聪明的那群人都跟着你走就可以了，因为只要最聪明的那群人都跟着你走，其他的人因为他们不够聪明，他们没办法发展其他的方向，他们只能原地踏步，而等你发展出这个东西已经足够吸引的人的时候，就会有越来越多人也开始涌入其中，于是时代的浪潮它就形成了，因此是这样的一个过程。”

范同学依然不依不饶：我觉得这个不一样，互联网是基础设施，就跟水电一样，元宇宙还是应用。
林老师：不不不，元宇宙就是互联网的下一代。
范同学：也就是各个公司都会开发元宇宙是吗？
林老师：如果各个公司单独开发元宇宙，就是诈骗，必须要像互联网一样，有一个公共规范，就像 IP 协议那样，不是受到某个单独公司控制。
范同学满意地说：嗯~~~~ 那还行。
林老师：如果是单独公司控制，那肯定玩不下去，现在各个公司自己搞元宇宙，就是诈骗，不过现在元宇宙仍然处于早期阶段的泡沫膨胀期。

最后我们一致认为：今天聊的这个话题，学到很多。主要是林老师的科普给力啊！好，今天的话题就聊到这里，谢谢关注！

最后，本次讨论的音频记录请前往喜马拉雅我的区块链科普频道收听：https://m.ximalaya.com/sound/495912326

2021年内CCF-A类会议收录的区块链论文的分布情况

Huawei Huang, Jian Zheng, Jan. 5th, 2022

一、背景

投稿是论文发表过程中一个不可忽视的重要环节。只有知彼知己，找准合适的会议和期刊，才能有针对性地进行投稿，使论文成果得以有效、快速地发表。 CCF-A类推荐会议与期刊列表是国内计算机学科类各个研究方向声誉最好的论文发表指引。虽然在每一个领域都有若干推荐的A类顶会，但并不是所有CCF-A类会议都适合作为区块链相关研究论文的投稿对象。为了了解各个CCF-A会议对区块链相关研究论文的不同偏好，也同时为了有效避免“表错情、会错意”的投稿失误，我们特此整理了2021年内的区块链论文在各个领域方向CCF-A类顶会上的分布情况。希望对区块链方向众多科研同行有所帮助。

二、区块链论文在A类会议的分布概况

通过对论文标题中包含的 “blockchain”、“ smart contract” 等关键词进行搜索，我们发现2021年内发表在CCF-A类会议中与区块链有关的 Full Papers 共有51篇。其中各领域内区块链论文分布与数量总结如下两幅图：

三、区块链论文在六个类别的分布

我们首先将这51篇区块链相关研究论文粗略地分为6类：区块链性能优化、区块链安全、区块链分析、区块链应用、智能合约、以及综述。令人惊讶的是A类会议中竟然还有一篇综述论文！ (顺便，这篇综述论文题目：Permissioned Blockchains：Properties, Techniques and Applications)。

那么，这51篇论文在各个类别的数量及比例如下2幅图所示：

四、各个研究领域适合投稿的A类会议总结

1. “智能合约”方向接收论文较多的A类会议为：ASE、FSE/ESEC、USENIX Security。

2. “区块链性能优化”方向接收论文较多的A类会议为：INFOCOM

3. “区块链安全”方向接收论文较多的A类会议为：CCS、USENIX Security

4. “区块链分析”方向接收论文较多的A类会议为：SIGMOD

5. “区块链应用”方向接收论文在A类会议分布较为广泛。

以上观点仅一家之言，如有偏颇，请多担待！希望以上总结对读者有所启发与帮助。

2021CCF-A类会议区块链论文名单.xlsx 下载

黄华威，郑简，中山大学，计算机学院，2022年1月5日

转发请标明出处：http://xintelligence.pro/archives/636

HuangLab在区块链可扩展性方向的另一篇论文被CCF-A类顶刊TPDS接收

Huawei Huang, Dec. 28th, 2021

A new blockchain sharding paper is accepted by TPDS.

Hard work pays off!

HuangLab 在区块链可扩展性方向的另一篇论文被 CCF-A 类期刊 TPDS 接收。这也是我的研究组最近一个月内在该方向被接收的第2篇A类顶会/顶刊研究论文。恭喜我的硕士研究生岳峥宇同学、彭肖文同学，还有本科实习生贺刘丁同学，感谢同学们的辛苦付出！

论文题目：Elastic Resource Allocation against Imbalanced Transaction Assignments in Sharding-based Permissioned Blockchains.

这篇论文的贡献概括如下：在考虑到基于分片机制的区块链可能存在不均衡交易分片的背景下，这篇工作研究了分片联盟链的云端资源分配对区块链的吞吐量的影响。我们基于随机优化理论框架，设计了针对分片联盟链的资源分配算法。提出的方案可在一定程度上缓解区块链交易分布不均衡的问题。

A Paper about Double-Spending Attacks towards PoW Blockchain is Accepted by IWQoS 2021

Huawei Huang, 2021-05-27

Our paper titled “Revisiting Double-Spending Attacks on the Bitcoin Blockchain: New Findings” is going to appear in IEEE / ACM International Symposium on Quality of Service 2021 (IWQoS 2021), which is going to be held on June 25-28, 2021.

Although double-spending attacks (DSA) have created a giant loss to Bitcoin, we believe that advanced versions of DSA can be developed to create new threats for the Bitcoin ecosystem. To this end, this paper presents a new type of double-spending attack, named Adaptive DSA.

Through the proposed analytical model and the disclosed insights behind Adaptive DSA, we aim to Alert the PoW-based cryptocurrency ecosystem that the threat of double-spending attacks is still at a high level.

Paper: https://www.researchgate.net/publication/351136583_Revisiting_Double-Spending_Attacks_on_the_Bitcoin_Blockchain_New_Findings

Program of IWQoS 2021: https://iwqos2021.ieee-iwqos.org/wp-content/uploads/sites/286/2021/05/IWQoS2021-Program.pdf

Presentation Slides:

IWQoS21_slides_Short Paper Session 3_Zheng .PDF

实验室关于区块链性能优化论文被ICDCS接收

近日，实验室在区块链性能优化领域的研究取得新进展，论文《MVCom: Scheduling Most Valuable Committees for the Large-Scale Sharded Blockchain》被分布式计算顶级学术会议The 41st IEEE International Conference on Distributed Computing Systems (ICDCS 2021) 录用为长文。

会议介绍

ICDCS是分布式计算系统领域享有盛誉和具有重要学术影响力的顶级国际学术会议，本届 ICDCS 会议 Research Track 论文全球投稿共489篇，仅有97篇被录用，录用率为19.8%。

论文介绍

Huawei Huang, Zhenyi Huang, Xiaowen Peng, Zibin Zheng, Song Guo, “MVCom: Scheduling Most Valuable Committees for the Large-Scale Sharded Blockchain”, ICDCS, 2021. [RG-Page & PDF]

针对经典的区块链分片协议，该论文提出一种可以加速主链区块上链的机制，从而可以提高大规模基于分片技术的区块链的吞吐量。具体来讲，在区块链分片协议的每一轮执行的开始阶段，由于组成分片委员会的节点的异构性，会导致花费在分片委员会的构建阶段与片内共识阶段的时间呈现出不均衡分布。这种不均衡的时延将会为某些分片内的交易带来很大的时延。因此，本论文提出一种为分片协议在每一轮的开始阶段选取最有价值的一组分片委员会，优先提前参与到每一轮的主链区块的生成阶段的方法。通过这种方法，本论文在大规模分片区块链的背景下，可以为交易的吞吐量与分片内的等待时延之间找到一种平衡。

下载链接：

https://www.researchgate.net/publication/350152541_MVCom_Scheduling_Most_Valuable_Committees_for_the_Large Scale_Sharded_Blockchain

论文发表 Slides:

icdcs21_slides_session4_paper389_Huang .PDF

实验数据与处理方法：请前往 Datasets 页面下载。

[Paper Sharing] OptChain: Optimal Transactions Placement for Scalable Blockchain Sharding

今天分享一篇刚刚读的关于区块链分片理论的论文，题目是 OptChain: Optimal Transactions Placement for Scalable Blockchain Sharding，发表在 IEEE ICDCS 2019，属于分布式并行计算的顶会之一。

这篇论文的出发点是：分片区块链网络中大部分的交易 (trasactions) 都是跨片 (cross-shard) 的，这些 cross-shard trasactions 既降低了系统吞吐量 (throughput)，而且增加了交易的跨片确认时间 (confirmation time)。那么是否可以通过合理地部署这些跨片的交易，使得 cross-shard transactions 的数量降低从而既可以提高系统吞吐量又可以降低跨片确认时延呢？答案是肯定的，详情请细读这篇 OptChain，它提出了一种轻量级的实时的交易放置策略，可以将已经产生关联或者即将产生关联的交易部署到相同的分片中。此外，OptChain 还可以维护分片之间的负载平衡来保障分片机制的并发性。

PS: 如果想了解更多的类似于这篇以提升区块链本身性能为目标的研究论文，请参照综述 “A Survey of State-of-the-Art on Blockchains: Theories, Modelings, and Tools” [ arXiv Page: https://arxiv.org/abs/2007.03520 ].

A New Survey on Blockchains’ Theories, Modelings, and Tools

Dear all,

I would like to share our latest blockchain survey titled “A Survey of State-of-the-Art on Blockchains: Theories, Modelings, and Tools”. This survey is focusing on the theoretical modelings, analytical models, and evaluation tools of blockchains.

#========= Chinese Version:

近日，我们在 arXiv 公开了最新的一篇区块链综述论文，论文题目为 “A Survey of State-of-the-Art on Blockchains: Theories, Modelings, and Tools”. 比起现有的其他区块链的综述论文，这篇综述主要从理论建模、分析模型、实验评估工具的角度对区块链本身的基础运行机制进行了探讨。希望这篇综述论文可以为研究者、工程开发者、以及从事区块链教育的业内人士提供一个具有参考价值手册。

arXiv link: https://arxiv.org/abs/2007.03520

Resilient Routing for the Control-Channel of Software-Defined Networks – A Revisit of a JSAC Article

By Huawei Huang, Feb. 16th, 2020

=============== English Version ================

This blog introduces the motivation and background of one of my previous research articles, which has the following publish information:

Huawei Huang, Song Guo, Weifa Liang, Keqiu Li, Baoliu Ye, and Weihua Zhuang, “Near-Optimal Routing Protection for In-Band Software-Defined Heterogeneous Networks”, IEEE Journal on Selected Areas in Communications (JSAC), vol. 16, no. 20, pp. 7421-7432, November 2016. (CCF-A, Computer Networks)

Perspectives

Writing this article was a great pleasure because the proposed algorithm provides optimal routing protection for control-plane traffic in the in-band fashioned software-defined networks. Importantly, the proposed approach can be extended to the general routing protection in the data plane of Software-define Networks.

What is it about?

In the software-defined heterogeneous networks, we study a weighted cost minimization problem, in which the control-plane traffic load balancing and control-channel setup cost are jointly considered when selecting the protection paths for control channels. Since the multiple resource-constrained routing is proved to be NP-complete, we propose a near-optimal algorithm, using the Markov approximation technique. Particularly, we extend our solution to an online case that can handle dynamic single-link failures. The incurred performance fluctuation is also theoretically analyzed.

Why is it important?

Even though SDN brings quantities of advantages to the software-defined heterogeneous network (HetNet), it comes with many challenges. One particular concern is the resilience of the control traffic, i.e., the communications between data-plane and control-plane. In an in-band fashioned software-defined heterogeneous network, where control-plane traffic shares medium with the data plane traffic, even a single link failure may disconnect a large number of packet-switching devices from their controllers, resulting in much worse damages than those of the out-of-band fashion. For example, in case of failures caused by disaster scenarios such as earthquake and tsunami, the core network links between switches and controllers may be disconnected. That would result in severe performance degradation, including packet loss, loop routing, suboptimal or infeasible routing actions, high network latency, and even service unavailability. The consequence becomes even worse in wide-area software-defined HetNets. Therefore, to deal with routing protection at the control plane for in-band HetNets is a fundamental issue.

=============== Chinese Version ================

为软件定义网络的控制信道提供可靠的路由策略 – 回顾一篇发表在JSAC的代表作

这篇blog介绍我之前的一篇发表在JSAC的技术论文，论文信息如下：

Huawei Huang, Song Guo, Weifa Liang, Keqiu Li, Baoliu Ye, and Weihua Zhuang, “Near-Optimal Routing Protection for In-Band Software-Defined Heterogeneous Networks”, IEEE Journal on Selected Areas in Communications (JSAC), vol. 16, no. 20, pp. 7421-7432, November 2016.(CCF-A类, 计算机网络)

观点 [Perspectives]

很高兴看到这篇组成我博士毕业论文三分之一分量的论文，可以为软件定义网络的控制信道提供可靠的路由保护策略。

论文亮点 [What is it about?]

我们在此文针对软件定义网络的异构网络，研究一个既考虑到铺设控制信道代价，又考虑到控制信道由于链路失效的弹性恢复的可靠性的联合优化问题。为了解决这个NP-complete的难题，我们提出采用基于Markov approximation技术设计一个接近最优性能的算法。此算法可以实时有效地处理单链路失效。而且，我们还针对算法的动荡性给出了理论证明分析。

为何这个课题重要 [Why is it important?]

在基于软件定义网络的异构网络，如5G边缘社区网络，为控制信道提供可靠的路由保护策略至关重要，因为控制信道是服务流量的背后控制通道。特别是以“in-band”, 即“带内”方式组建的SDN控制信道，服务流量与控制流量“穿行”在同样的网络链路上。所以，一个简单的单链路失效事件就会使得很大一部分控制流与服务流丢包，从而对用户的服务体验造成灾难性的后果。为此，如何为软件定义网络的控制信道提供高可靠、具有快速恢复能力的路由保护策略是一个至关重要的研究课题。

=============== 黄华威（Huawei Huang） ================

5G/6G时代的安全分布式机器学习

By Huawei Huang, Dec. 31, 2019

2020年8月11日最新消息：本研究一篇题为《PIRATE: A Blockchain-based Secure Framework of Distributed Machine Learning in 5G Networks》的论文已被 IEEE Network 接收，该期刊是计算机网络与通信领域顶级期刊，发表计算机网络社区的热门研究课题、关键问题以及最新研究进展。IEEE Network的2019年影响因子为 9.590 (2020年最新数据)，为中科院一区。

论文简介：

随着AI芯片的制造成本逐渐下降，越来越多的移动设备逐渐具备机器学习的能力。同时，网络连接质量作为分布式机器学习的瓶颈，将会随着5G/6G时代的到来大大地得到提升。为了应对即将到来的5G/6G时代新型分布式机器学习的需求，我们需要一个能支持大规模的分布式机器学习的框架。尤其重要的是，在大规模用户参与的情况下，分布式机器学习的安全问题应该引起足够的重视。

图 1. The proposed PIRATE framework has two critical components: 1) reliability assessment; 2) blockchain (BC) systems for distributed SGD (D-SGD). Gradient aggregations and model parameters are protected by blockchains. Meanwhile, reliability assessment determines the participants of distributed learning tasks.

图 2. While adopting the “Ring Allreduce” mechanism, malicious attackers can perform attacking from both inside and outside. (1) Attackers from the outside can contaminate training models in target nodes. (2) The outside attackers can also attack partial gradient-aggregation. (3) Byzantine computing nodes can send harmful aggregations that damage the convergence of learning tasks.

理论上来讲，恶意攻击者可以攻击分布式机器学习的各个环节。针对妨碍训练收敛的任意攻击行为，我们提出了图1所示的 PIRATE：一个基于区块链的安全分布式学习框架。由于区块链技术验证的灵活性，此框架可不限于保护本文中所述的训练收敛性，而是在其他安全保护方面也具有巨大的潜能。基于本框架，更多的保护机制可以被开发出来，如针对参与分布式学习的设备进行隐私保护，针对 Model Poisoning Attack 的保护，为所有参与者提供激励机制等。

如图1所示，PIRATE主要由两部分组成，一是设备可靠性分析，用以分析设备的可靠性，进而决定设备能否能参与学习任务；二是基于多个分片链的安全SGD（Stochastic Gradient Descent）框架。

我们采取了去中心化的 Ring AllReduce 结构（图2）。这种架构可以更好地分担网络压力，并且可以在验证计算结果的同时进行梯度计算。同时，为了让节点在 Ring AllReduce 结构下高效、可验证地沟通，我们运用了基于分片的区块链。其中，我们把所有节点分成多个委员会，每个节点只需要验证自己委员会内的梯度计算。这种分布式验证极大地降低了广播所带来的时延。

经过模拟实验，在5G网络条件、较大训练模型、以及大规模用户参与的条件下，论文提出的PIRATE框架比同类框架 LearningChain 更节省存储空间，分布式机器学习训练速度方面更加高效。

该项研究的前期工作已经上传到 arXiv。论文一作为本实验室研究生1年级学生周思聪同学，第一篇论文写得很有前瞻性，可圈可点。

论文链接：

arXiv 链接：https://arxiv.org/abs/1912.07860

ResearchGate 链接： researchGate 页面

直接下载：IEEE-Network_Pirate 下载

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【English Version】

News: The paper titled “PIRATE: A Blockchain-based Secure Framework of Distributed Machine Learning in 5G Networks” has been accepted by IEEE Network (IF: 9.59) on Aug. 11th, 2020.

Introduction:

With the production cost of AI chips gradually reduced to an acceptable level, mobile devices are better equipped with computational resources for machine learning. Meanwhile, as the bottleneck of distributed machine learning, network conditions would be substantially improved as we march into the 5G era. To exploit the merits of 5G/6G networks, a large-scale distributed learning framework is in need. Particularly, in the large-scale scenario, security problems become even more critical.

To protect against arbitrary convergence hindrance attacks, we propose PIRATE, a blockchain-based secure distributed learning framework. The framework has great potential utilizing the verification flexibility of blockchain techniques. Such flexibility enables more protection mechanisms to be built on top of the framework, e.g., privacy protection, Model Poisoning Attack protection, incentive mechanism, etc.

As shown in Figure 1, PIRATE has two components: 1) reliability assessment, which decides whether a device could take part in a learning task; 2) a secure SGD framework based on multiple shard chains.

We utilize the decentralized architecture, Ring AllReduce (Figure 2), which can better leverage network resources, and enables devices to verify computation results while computing gradients.

Furthermore, in order to conduct efficient and verifiable communication under the Ring AllReduce setting, we utilize a sharding-based blockchain technique. In particular, we divide nodes into multiple committees, in which nodes are only required to verify gradients within their committee. Such division greatly reduces the latency of broadcasting.

Simulation experiments show that, under the condition of 5G/6G networks, relatively large training models, and large-scale participants, PIRATE outperforms a similar framework, LearningChain, in terms of storage complexity and latency.

Please feel free to download and read from the following URLs:

arXiv: https://arxiv.org/abs/1912.07860

ResearchGate: PDF
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作者：黄华威

Author: huang, huawei