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Google 发布基于 TEE 的下一代联邦学习系统,Gboard 已部署

Google Research:BlogAioga 编辑团队2026-10-07T16:00:04.712Z热度 72

Google 宣布下一代联邦学习系统,利用可信执行环境(TEE)提供完全可验证、可审计的数据匿名化保证,访问策略发布至公共透明日志 Rekor,二进制可从开源代码可复现构建。G...

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今日 AI 情报摘要

Google 宣布下一代联邦学习系统,利用可信执行环境(TEE)提供完全可验证、可审计的数据匿名化保证,访问策略发布至公共透明日志 Rekor,二进制可从开源代码可复现构建。

Gboard 已部署该系统,用于英语和日语下一词预测模型,训练时间从过去的每次 1-2 个月显著缩短,并带来更强的隐私保证和更高的准确率。

中文正文 · AI 翻译

Katharine Daly,软件工程师,Daniel Ramage,研究总监,谷歌研究院

2017 年,谷歌推出了联邦学习(Federated Learning, FL):https://research.google/blog/federated-learning-collaborative-machine-learning-without-centralized-training-data/,这是一种在去中心化的私人数据上训练模型的机器学习技术。它已被用于支持日常有用功能,包括 Gboard 上的下一词预测:https://arxiv.org/abs/1811.03604 以及智能写作:https://support.google.com/gboard/answer/7068415,Google 信息应用中的回复建议:https://support.google.com/messages/answer/9327902?hl=en,以及 Android 上的智能文本选择:https://research.google/blog/predicting-text-selections-with-federated-learning/。

联邦学习(FL)是一种机器学习环境,其中多个实体(客户端)在服务提供者的协调下共同解决机器学习问题。完整的 FL 系统应允许客户端完全控制其数据、允许访问其数据的工作负载集合以及这些工作负载的匿名化属性。FL 系统应为被 FL 客户端管理数据的用户提供适当的透明度和控制权。

我们的基于 TEE 的 FL 系统建立在我们先前关于机密联邦分析(Confidential Federated Analytics):https://research.google/blog/discovering-new-words-with-confidential-federated-analytics/ 和可证明私密洞察(Provably Private Insights):https://research.google/blog/toward-provably-private-insights-into-ai-use/ 间开发的技术之上。

该系统协调四个核心操作概念:

有关基于 TEE 的 FL 系统设计的更多详细信息,请参见我们的白皮书《迈向可证明的联邦数据私密学习》:https://arxiv.org/abs/2609.31494。

在早期的 FL 系统中,设备数据被上传以用于即时聚合,但外部观察者无法验证数据是否从未被记录或检查。后来,安全聚合(Secure Aggregation):https://arxiv.org/abs/1611.04482 允许通过加密保护上传的数据,但与最先进的集中式差分隐私保证(Central DP Guarantees):https://arxiv.org/abs/2202.08312 不兼容。我们新的基于 TEE 的系统代表了我们在完全消除对服务器操作员信任需求方面持续努力的新里程碑。

在我们新的基于TEE的FL系统中,工作负载操作员只能看到指标和差分隐私模型权重。从设备收集的加密训练数据只能在运行访问策略中表示的Python训练程序的TEE内解密和处理,并且仅在上传后有限时间内可用。

参与我们新的基于TEE的FL系统的设备知道可能访问它们上传的数据的服务器工作负载的完整集合。表示这些潜在未来服务器工作负载的访问策略会发布到Rekor:https://docs.sigstore.dev/logging/overview/,这是一个公共透明日志,外部审计人员可以查看这些日志以跟踪设备可能参与的服务器端工作负载的完整集合。

我们FL系统中使用的KMS和数据处理二进制文件可以从发布在Confidential Federated Compute:https://github.com/google-parfait/confidential-federated-compute Github仓库中的开源代码可重复构建。

通过在运行服务器端训练工作负载之前收集所有设备的上传数据,我们不再需要担心设备可用性的昼夜变化:https://arxiv.org/abs/1912.04977 会影响训练进度。在服务器端执行时,我们可以在程序中动态计算最佳设备参与计划,并可用于调整其他DP参数。

过去,训练这些FL模型每次可能需要1-2个月,进度受设备可用性、设备计算能力以及多个训练工作负载竞争同一设备资源的限制。在新的基于TEE的系统中,瓶颈已转移到服务器端,并且通过多台机器的计算并行化使我们能够显著加快训练时间,目前仅受TEE资源可用性限制。

在我们新的基于TEE的FL系统中,客户端梯度的计算被转移到服务器端,从而消除了早期系统中与设备计算资源相关的限制。这为使用FL技术训练越来越大的模型铺平了道路。在此类用例中,将TEE与加速器集成将发挥重要作用。

我们上面描述的系统不仅能够以可验证的方式执行 FL(联邦学习)训练工作负载,还能执行所有可以用 Python 表达的任意工作负载。我们正在尝试在该基础设施上运行其他类型的工作负载,例如合成数据生成工作负载。另一个探索的方向是:将能够执行任意 Python 的数据处理 TEE 与我们专注于特定功能(如 LLM 推理)的其他数据处理 TEE 结合使用。

作者要感谢为基础设施设计和实施做出贡献的合作者:Arun Ganesh、Brendan McMahan、Brett McLarnon、Chunshan (Jake) Cheng、Emily Glanz、Maya Spivak、Michael Reneer、Nova Fallen、Stefan Dierauf、Suxinuo、Timon Van Overveldt、Yu Xiao、Zachary Charles 和 Zachary Garrett。我们还要感谢支持 Gboard 集成的密切合作伙伴:孙海成、苏恒、侯建鹏、蒋立阳、高桥纪之、毛文智、方晓娟、张彦翔、刘英杰、张远波和王云。这项工作得到了 Corinna Cortes、Shumin Zhai 和 Yossi Matias 的支持。我们还感谢 Maysam Moussalem 对本文撰写的反馈。

情报判断

Aioga 编辑摘要

Google Research宣布基于可信执行环境(TEE)的下一代联邦学习系统,并称Gboard已将其部署于英语和日语下一词预测模型。来源称,该系统可让访问策略发布至公共透明日志,二进制可由开源代码复现构建;训练时间较过去每次1至2个月显著缩短,准确率也有所提高。

背景分析

来源介绍,早期联邦学习缺乏让外部观察者验证数据是否被记录或检查的方式;安全聚合虽能提供加密保护,但与先进的中心化差分隐私保证不兼容。新系统在TEE内解密和处理训练数据,工作负载运营者只能看到指标和差分隐私模型权重。

Aioga 观点

Aioga 判断:该方案把访问策略透明记录、训练程序可复现构建与TEE内处理结合起来,重点强化了联邦学习的可验证性和审计基础。来源同时表明,数据处理受限于访问策略、指定程序和有限时间窗口,具体保障仍需结合公开材料核验。

影响与后续

可能影响:TEE和访问策略限制可能为联邦学习的数据使用提供更清晰的检查路径,也可能降低对服务器运营者的单纯信任依赖。但这不代表所有隐私风险均被消除,仍需要关注工作负载范围、差分隐私机制及实际部署边界。 后续观察:应关注公共透明日志中的访问策略、可复现构建材料和白皮书是否支持外部核验,并继续观察Gboard英语和日语下一词预测模型的部署范围。现有来源已披露训练时间显著缩短和准确率提高,但未给出具体缩短幅度或提升幅度。

来源与版权说明

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来源: Google Research:Blog

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