As an essential tool of secure distributed machine learning, vertical federated learning (VFL) based on homomorphic encryption (HE) suffers from severe efficiency problems due to data inflation and time-consuming operations. To this core, we propose PackVFL, an efficient VFL framework based on packed HE (PackedHE), to accelerate the existing HE-based VFL algorithms. PackVFL packs multiple cleartexts into one ciphertext and supports single-instruction-multiple-data (SIMD)-style parallelism. We focus on designing a high-performant matrix multiplication (MatMult) method since it takes up most of the ciphertext computation time in HE-based VFL. Besides, devising the MatMult method is also challenging for PackedHE because a slight difference in the packing way could predominantly affect its computation and communication costs. Without domain-specific design, directly applying SOTA MatMult methods is hard to achieve optimal. Therefore, we make a three-fold design: 1) we systematically explore the current design space of MatMult and quantify the complexity of existing approaches to provide guidance; 2) we propose a hybrid MatMult method according to the unique characteristics of VFL; 3) we adaptively apply our hybrid method in representative VFL algorithms, leveraging distinctive algorithmic properties to further improve efficiency. As the batch size, feature dimension and model size of VFL scale up to large sizes, PackVFL consistently delivers enhanced performance. Empirically, PackVFL propels existing VFL algorithms to new heights, achieving up to a 51.52X end-to-end speedup. This represents a substantial 34.51X greater speedup compared to the direct application of SOTA MatMult methods.


翻译:暂无翻译

0
下载
关闭预览

相关内容

FlowQA: Grasping Flow in History for Conversational Machine Comprehension
专知会员服务
34+阅读 · 2019年10月18日
Keras François Chollet 《Deep Learning with Python 》, 386页pdf
专知会员服务
163+阅读 · 2019年10月12日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
43+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2014年12月31日
Knowledge Representation Learning: A Quantitative Review
VIP会员
相关资讯
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
43+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
相关基金
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员