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聯(lián)邦學(xué)習(xí) VS 區(qū)塊鏈

聯(lián)邦學(xué)習(xí)誕生于2016年的谷歌輸入法優(yōu)化項目，在互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)中存在三種服務(wù)形態(tài)：橫向聯(lián)邦學(xué)習(xí)、縱向聯(lián)邦學(xué)習(xí)和聯(lián)邦遷移學(xué)習(xí)。

2020年4月，為應(yīng)對國際形勢嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，中央出臺關(guān)于完善要素市場化的重要文件，數(shù)據(jù)作為新型生產(chǎn)要素寫入文件中，與土地、勞動力、資本、技術(shù)并列為五個生產(chǎn)要素。一方面，數(shù)據(jù)區(qū)別于傳統(tǒng)生產(chǎn)要素的最大特征是嚴(yán)格要求保護(hù)個人數(shù)據(jù)隱私，是個人權(quán)利不可侵犯的體現(xiàn)，受到法規(guī)嚴(yán)格保護(hù)。另一方面，數(shù)據(jù)的開放共享又是人工智能為用戶提供便捷服務(wù)的基礎(chǔ)，是數(shù)字經(jīng)濟(jì)發(fā)展的命脈之所在，也是中國在下一輪國家間新技術(shù)競爭中取勝的關(guān)鍵。

因此，數(shù)據(jù)成為生產(chǎn)要素的難點在于實現(xiàn)隱私保護(hù)和數(shù)據(jù)開放共享之間的平衡，產(chǎn)業(yè)界一般采用聯(lián)邦學(xué)習(xí)技術(shù)解決該問題。

在新興的互聯(lián)網(wǎng)市場中，智能終端設(shè)備依據(jù)摩爾定律飛速發(fā)展、光纖網(wǎng)絡(luò)和5G無線網(wǎng)絡(luò)逐步普及，產(chǎn)品創(chuàng)新層出不窮。相比之下，權(quán)威機(jī)構(gòu)需要經(jīng)過較長時間調(diào)查和研究方能制定相應(yīng)法規(guī)，這使得很多互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品短時間內(nèi)得不到權(quán)威機(jī)構(gòu)的“可信媒介”作用，進(jìn)而使得用戶不敢放心大膽的使用新產(chǎn)品。例如，在互聯(lián)網(wǎng)電子支付出現(xiàn)7年之后，權(quán)威機(jī)構(gòu)才為部分互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)發(fā)放支付牌照，這才有了后來無處不在、十分便捷的手機(jī)支付形式?，F(xiàn)如今，點對點轉(zhuǎn)賬（提高跨境交易的便捷性）、互聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)合作（提高用戶服務(wù)水平）等新產(chǎn)品，尚缺乏成熟的法律法規(guī)來進(jìn)行必要的管理與規(guī)范，亟需可用的“可信媒介”。

聯(lián)邦學(xué)習(xí)和區(qū)塊鏈正是在這樣的背景下誕生的技術(shù)派“可信媒介”。聯(lián)邦學(xué)習(xí)的可信在于，在數(shù)據(jù)合作過程中使用的是不可逆的變換數(shù)據(jù)，即使沒有權(quán)威機(jī)構(gòu)監(jiān)督，隱私數(shù)據(jù)也不會泄露。區(qū)塊鏈的可信在于，在記賬過程中使用了群體共識和數(shù)字簽名技術(shù)，即使沒有權(quán)威機(jī)構(gòu)監(jiān)督，所記錄的交易也是不可篡改且不可抵賴的。因此，這樣的技術(shù)“可信媒介”將為國民經(jīng)濟(jì)持續(xù)健康發(fā)展提供新的生產(chǎn)力。

深入分析，我們發(fā)現(xiàn)聯(lián)邦學(xué)習(xí)和區(qū)塊鏈有很多相似之處，表格1詳細(xì)對比了兩項技術(shù)的共同點和差異。

表 1 聯(lián)邦學(xué)習(xí)與區(qū)塊鏈的異同

兩項技術(shù)均用于互聯(lián)網(wǎng)場景。不同之處在于，聯(lián)邦學(xué)習(xí)用于個性化的用戶服務(wù)，例如在電商APP給女朋友挑選禮物，這是令很多男生發(fā)愁的一件事情，聯(lián)邦學(xué)習(xí)可以綜合購物歷史、性格愛好、商品推薦等大數(shù)據(jù)信息，幫助用戶選出既時髦又有個性的禮物。又例如，金融的核心是風(fēng)控，傳統(tǒng)業(yè)務(wù)模式中，找出潛在的多頭和欺詐風(fēng)險用戶是比較困難的，聯(lián)邦學(xué)習(xí)可以從消費習(xí)慣、社交關(guān)系、職業(yè)等維度實現(xiàn)風(fēng)險定價，為優(yōu)質(zhì)用戶提供更低利息貸款。

兩項技術(shù)均需要有協(xié)作意愿和共識的計算節(jié)點。不同之處在于，聯(lián)邦學(xué)習(xí)要求節(jié)點之間的數(shù)據(jù)具有互補(bǔ)性，例如其中一個節(jié)點存儲消費習(xí)慣特征，另一個節(jié)點存儲性格、愛好等特征。各節(jié)點之間的共識為聯(lián)邦算法，通過約定在聯(lián)邦之間的信息交互協(xié)議，實現(xiàn)模型訓(xùn)練及推理。

區(qū)塊鏈需要各節(jié)點同步記錄所有交易信息，例如賬戶A給賬戶B支付1個代幣，A的支付信息及簽名將發(fā)送給網(wǎng)絡(luò)上的所有節(jié)點，各節(jié)點產(chǎn)生一致的記錄。區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)里能夠達(dá)成一致，最關(guān)鍵的技術(shù)是共識算法。共識算法是解決一致性問題的關(guān)鍵，在分布式、去中心化的區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中協(xié)助節(jié)點保持?jǐn)?shù)據(jù)一致。常用的共識算法如工作量證明（POW）、拜占庭容錯（BFT）、股份授權(quán)證明（DPoS）等。

兩項技術(shù)的目標(biāo)都是在去中心化網(wǎng)絡(luò)中增強(qiáng)節(jié)點之間的互信。不同之處在于，聯(lián)邦學(xué)習(xí)旨在實現(xiàn)“數(shù)據(jù)可用不可見”的隱私保護(hù)技術(shù)，并通過融合使用各方數(shù)據(jù)提升用戶服務(wù)的質(zhì)量，進(jìn)而創(chuàng)造出新的價值。例如同態(tài)加密就是一種隱私保護(hù)技術(shù)，所產(chǎn)生的密文與明文完全不一樣，分布性質(zhì)和排序性質(zhì)都發(fā)生了巨大變化，這使得原始數(shù)據(jù)是“不可見”的，密文可按指定規(guī)則進(jìn)行運(yùn)算，進(jìn)而實現(xiàn)梯度下降算法和模型優(yōu)化，實現(xiàn)了“可用”。

聯(lián)邦學(xué)習(xí)和區(qū)塊鏈有共同的應(yīng)用基礎(chǔ)，通過技術(shù)上的共識實現(xiàn)多方合作的可信網(wǎng)絡(luò)，具有較好的互補(bǔ)性。從應(yīng)用目標(biāo)來看，聯(lián)邦學(xué)習(xí)旨在創(chuàng)造價值，而區(qū)塊鏈旨在表示和轉(zhuǎn)移價值，因此有以下兩種基本結(jié)合形式。

第一種結(jié)合是利用區(qū)塊鏈的記錄不可篡改特性，對聯(lián)邦學(xué)習(xí)合作方可能面臨的惡意攻擊進(jìn)行追溯和懲罰。例如，在多個參與方進(jìn)行聯(lián)邦學(xué)習(xí)的同時，部署區(qū)塊鏈用于記錄聯(lián)邦學(xué)習(xí)的數(shù)據(jù)指紋（包括建模樣本、推理樣本、交互信息），而對應(yīng)的原始數(shù)據(jù)存儲于參與方本地。當(dāng)發(fā)現(xiàn)有樣本遭受惡意攻擊時，由各參與方或者第三方組成調(diào)查組，依據(jù)區(qū)塊鏈記錄的指紋對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行核驗，便可以找出具體是哪一方遭受了攻擊，進(jìn)而采取相應(yīng)的措施。

第二種結(jié)合是利用區(qū)塊鏈的價值表示和轉(zhuǎn)移功能，對聯(lián)邦學(xué)習(xí)服務(wù)所創(chuàng)造的價值進(jìn)行記賬和利益分配。例如，在多個參與方進(jìn)行聯(lián)邦推理的同時，部署區(qū)塊鏈用于記錄用戶服務(wù)的接口調(diào)用日志指紋、各參與方的貢獻(xiàn)、該服務(wù)所產(chǎn)生的收益，并通過智能合約自動將收益分配給各參與方。這種方式與現(xiàn)有的按條計費不同，可以更精準(zhǔn)地評估每次調(diào)用的質(zhì)量，從而激勵參與方確保調(diào)用的準(zhǔn)確性，并積極優(yōu)化效果。