Published 2024
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Conference paper
DP-SGD Without Clipping: The Lipschitz Neural Network Way
Contributors
Others:
- Argumentation, Décision, Raisonnement, Incertitude et Apprentissage (IRIT-ADRIA) ; Institut de recherche en informatique de Toulouse (IRIT) ; Université Toulouse Capitole (UT Capitole) ; Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J) ; Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3) ; Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP) ; Université de Toulouse (UT)-Toulouse Mind & Brain Institut (TMBI) ; Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J) ; Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3) ; Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3) ; Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse Capitole (UT Capitole) ; Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J) ; Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3) ; Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP) ; Université de Toulouse (UT)-Toulouse Mind & Brain Institut (TMBI) ; Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J) ; Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3) ; Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3) ; Université de Toulouse (UT)
- IRT Saint Exupéry - Institut de Recherche Technologique
- Médecine de précision par intégration de données et inférence causale (PREMEDICAL) ; Centre Inria d'Université Côte d'Azur (CRISAM) ; Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Institut Desbrest d'Epidémiologie et de Santé Publique (IDESP) ; Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Université de Montpellier (UM)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Université de Montpellier (UM)
- Institut Desbrest d'Epidémiologie et de Santé Publique (IDESP) ; Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Université de Montpellier (UM)
- Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J) ; Université de Toulouse (UT)
- ANR-20-CE23-0015,PRIDE,Apprentissage automatique décentralisé et préservant la vie privée(2020)
- ANR-22-PECY-0002,iPoP,interdisciplinary Project on Privacy(2022)
- ANR-19-P3IA-0004,ANITI,Artificial and Natural Intelligence Toulouse Institute(2019)
- ANR-22-PESN-0014,SSF-ML-DH,Secure, safe and fair machine learning for healthcare(2022)
Description
State-of-the-art approaches for training Differentially Private (DP) Deep Neural Networks (DNN) face difficulties to estimate tight bounds on the sensitivity of the network's layers, and instead rely on a process of per-sample gradient clipping. This clipping process not only biases the direction of gradients but also proves costly both in memory consumption and in computation. To provide sensitivity bounds and bypass the drawbacks of the clipping process, we propose to rely on Lipschitz constrained networks. Our theoretical analysis reveals an unexplored link between the Lipschitz constant with respect to their input and the one with respect to their parameters. By bounding the Lipschitz constant of each layer with respect to its parameters, we prove that we can train these networks with privacy guarantees. Our analysis not only allows the computation of the aforementioned sensitivities at scale, but also provides guidance on how to maximize the gradient-to-noise ratio for fixed privacy guarantees. The code has been released as a Python package available at https://github.com/Algue-Rythme/lip-dp
Abstract
46 pages, published at International Conferences on Learning Representations (ICLR), 2024Abstract
International audienceAdditional details
Identifiers
- URL
- https://hal.science/hal-04610647
- URN
- urn:oai:HAL:hal-04610647v1
Origin repository
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- UNICA