随着大数据的进一步发展，数据隐私受到越来越多的重视。如何在满足用户隐私保护前提下进行多方数据机器学习，是人工智能的一大难题。联邦学习虽是解决这一行业性难题的关键技术，但已有的联邦学习无法有效保障训练结果的可靠性。

2018级创新班陈煜、罗芳同学在李同博士后的指导下，对上述问题提出了一种可信执行环境下的解决方案，这是国际上第一个提出了在隐私保护性和训练可靠性同时得到实现的联邦学习方案。该成果论文于今年年初成功被期刊《Information Sciences》录用。（《Information Sciences》为中国计算机学会推荐的B类重点SCI一区刊物，影响因子达到了 5.3。）

       

这项惊艳成果的背后，究竟蕴藏着怎样的故事呢？

 

01.播种     

 埋下一颗矢志科研的种子

    来自计科182班的陈煜是一位专注冷静的男孩。他好钻研，乐探索，骨子里有股“不服输”的劲儿；来自软件181班的罗芳则是一位外向活泼、乐观积极的女孩。她的父母均在IT行业的工作，受家庭的熏陶，她从小就对计算机及软件编程充满兴趣。

 

    凭借对计算机探究的满腔热情以及出色的学习成绩，他们在大一下学期就顺利进入计算机拔尖创新实验班学习。在这里，不仅为他们提供了优越的学习资源，帮助他们培养出一颗潜心科研的心性，更是他们科研梦想开始的地方。

 

    2018级计算机拔尖创新实验班在学院18级593名本科生中遴选出43人组成。班级由广州大学李进教授担任班主任，来自美国德州大学等国内外知名高校的14位学者以及来自广电运通等公司的5位企业家担任该班导师。如此“高配置”的班级，为的是帮助同学们深入学习计算机前沿技术、培养良好的学习习惯和科技创新意识。

 

    创新班的学习节奏快，强度大，按照准研究生的模式培养学生：每个周末，创新班都邀请各领域专家为同学们系统讲述机器学习和数字图像处理等重要课程；同学们组成科研小组，阅读前沿文献，开展项目研究，进行科研汇报；有的同学曾赴南开大学等顶尖院校开展访学活动，还有的同学进入中山大学区块链实验室进行实验研究……

       

▲ 创新班同学在进行科研汇报 

 

    与平时按部就班的本科课业学习截然不同，科研探索的路上总是充满未知和坎坷，这对刚加入创新班的“科研小白”罗芳来说是一次极大的挑战，初期的不适应甚至让她一度怀疑自己的能力十分不足。

 

     作为创新实验班的班主任，计算机科学与网络工程学院副院长李进老师是每一位创新班学子的指路明灯。李进老师关注到罗芳的不自信，不仅主动询问罗芳在科研学习上会不会有不适应，还耐心引导她看文献，并介绍研究生师兄师姐帮助罗芳适应科研学习。

    在老师和师兄师姐的鼓励和帮助下，罗芳成功完成了自己的第一次科研汇报“3D人脸识别技术”。这次汇报不仅得到了李进老师的认可，更让罗芳重拾自信：“从那以后，我对自己未来的科研道路增添了许多信心，真的特别感谢李进老师！” 

 

    在李进老师的带领下，陈煜和罗芳等创新班的小伙伴们在2019年十月前往西安参加2019年“第二届基于机器学习的网络安全国际会议”(ML4CS 2019)。在这次会议中，陈煜和罗芳有幸现场聆听数位国内外机器学习及网络安全领域的知名专家学者的报告。这不仅让他们了解学术最前沿的发展动态，更鼓舞他们积极投身科研之路，为自主开展科研项目埋下了种子。

       

▲ ML4CS 2019会议上国内外知名专家进行报告 

 

02.起航

    “凡事预则立，不预则败”

    在李进老师的支持下，陈煜、罗芳以及博士后李同师兄组成了一个科研小组，选择了“联邦学习”这一课题，正式开启了科学研究的历程。

 

    2019年的7月正值暑假，清晨的校园显得格外温柔，陈煜和罗芳早早地醒来，脚步轻快，到达位于行政楼的实验室，开启了与科研相伴的新一天。从清晨到深夜，从初夏到深秋……他们每天像个“陀螺”，在实验设计与文献阅读中“不停地转”。

 

▲ 实验室 

 

    进入联邦学习这个陌生的领域，陈煜、罗芳就开始对这个领域的技术、技术迭代过程、存在的问题、痛点进行了细致的调研。他们阅读大量相关文献，并确定该领域存在的痛点，并对整个技术发展的路线做出规划，制定出整个研究进程的流程图。

  

 

   ▲ 联邦学习模型路线图 

    在科研初期，陈煜最大的感受便是：凡事预则立，不预则败。“所有事情都要提前做好规划，并论证清楚这一步规划为什么要这样做，有什么道理。” 

 

    他们初期的规划也存在着一些疏漏：“在初期试验阶段，我们从七月多进行到八月底，才发现我们一开始提的一个方案不成立，这也导致我们前期白白浪费了几个月的时间。所以做好规划真的是太重要了。”

 

    面对科研进展的不顺利，他们也时常会感到心情低落。“可是没有什么难过的事情是一顿夜宵解决不了的，有的话，那就吃两顿”，陈煜笑着说道。

 

    在李进老师和博士后李同师兄的鼓励下，陈煜和罗芳打起精神，仔细研读文献，积极思考，努力寻找新的解决办法。陈煜说：“我们从九月份一直干到了十月初，就连国庆节我们也是一直呆在实验室做实验。在十月初，我们终于提出了一个新的方案，并顺利得出了预期的实验结果。”

 

03.合作

“论文的背后，是大家一起努力的成果”

    成功发表这项高水平科研成果，离不开团队的默契合作。罗芳说：“这篇论文的背后是大家一起努力的成果，是集体智慧的结晶。” 

 

    陈煜和罗芳在每个阶段都会做出非常详细的规划，并分配好各自的任务，安排固定的时间组织讨论。凭借双方在能力上的优势互补和极强的执行力，陈煜和罗芳的科研合作顺利而愉悦：陈煜的组织策划能力强，工程技术知识扎实，擅长开展计算机实验；罗芳英文水平优异，计算机理论功底扎实，擅长提炼科研新思路。他们的骨子里还都有股“不服输”的劲儿。陈煜说：“我们两个都有这样的信念：一旦自己接了这个任务，就一定要将它完成。”

 

    实验成功后，研究工作就进入了代码阶段，但这也比远想象中困难得多：代码阶段工程量大，难度很高，这对当时大二的陈煜和罗芳来说困难重重。罗芳说：“在研究中，我们需要在SGX中部署Decision tree、KNN、SVM这三种机器学习算法。我们不仅需要对这三个算法有非常透彻的理解，还需要进行汇编。但是当时大二的我们完全没有接触过这些知识。”

  

 

▲ 项目系统架构 

 

    面对困难，陈煜和罗芳不是孤军奋战，而是和整个团队携手攻克难关。

    博士后李同师兄是整个项目的负责人，罗芳补充道：“每当遇到了难以解决的问题，我们就会和李同师兄去交流。李同师兄常常能一眼指出问题的所在，并帮助我们寻找更合适的解决方案。”

 

    陈煜和罗芳面临的另一大困难是英文论文的写作。“这是我们第一次写论文，当时写的第一个版本没有关注到论文写作的规范。李同师兄对我们进行了批评和指点，让我们改正了很多不规范的地方。我们修改了很多版本的论文，才有了后来论文的顺利发表。”

 

    在创新班，每周有两到三次的小组讨论，一个月有三次左右的大汇报；同学们还有专门的讨论群，群里有热心的老师、博士生和研究生的师兄师姐们为同学们答疑解惑。“我们平时会将科研项目中遇到的问题在汇报中或讨论群中提出来。面对难关，大家一起讨论攻克。”

 

    科研道路虽崎岖艰难，遥望无边，但在创新班师生上下一心的支持下，在陈煜、罗芳无数个昼夜里坚持不懈的努力下，他们终于攻克了所有难关，完成了这项研究。

 

04.圆梦

“这可能是改变我一生的事情”

    星光不负赶路人。十一月初，陈煜和罗芳不仅完成了论文，还成功提交了联邦学习的专利。论文十二月也收到了审稿消息，仅需小改就可以直接发表了。“那个时候感觉很激动，感觉‘媳妇终于熬成婆了’”，陈煜幽默地说道。

 

 

▲ 论文投稿成功 

 

  

▲ 成功提交联邦学习专利 

 

    回忆半年来科研的这段经历，罗芳觉得自己实在是太幸运了。“我本身并不是一个自律的人，那段时间我有幸接触到很努力很优秀的师兄师姐和创新班的同学们。我和他们共同学习、研究，也在无形中改变了自己，这可能是改变我一生的事情。”

 

    问及对师弟师妹的建议时，罗芳想了一会儿后，认真地说道：“科研不像我们想象中那么有趣，会比较平淡和枯燥。但是如果你对科研这条道路有信心，就一定要坚持下去！你的未来必将因你选择科研这条道路而不一样。抓住机会坚持到底，你一定会有收获！你的大学生活也一定会因之而充实多彩！”

 

    在陈煜看来，科学问题有两个维度，一个是重要性，即有没有做的必要；另一个则是可能性，即能不能找到答案。“如果这个问题超出你的解决范围，那就可以考虑不要做；如果能，师弟师妹们就一定要勇敢尝试，绝不言弃。”

 

    这个暑假，陈煜和罗芳依然在忙碌着。 

    陈煜还在实验室里进行着新的实验，继续在科研的道路上逐梦前行，“勇攀学术高峰，舍我其谁！”罗芳则在暑假忙着做志愿服务。“平时我在学校的时候在做项目，就没有那么多时间。现在放假了，就可以弥补我没有在学校做志愿服务的缺陷。这个假期，我不仅去采访了残疾人、贫困户，还承担了一份疏导交通的工作，这会让我们的假期生活更加充实。”

 

    近年来，广州大学实施教学设施开放共享，实验室和科研平台等面向本科生开放，大力拓展本科生参与科研的渠道和方式，鼓励本科生积极参与开放实验教学、参加科学研究和自选实验课题的研究，培养本科生的创新精神和实践能力。创新班作为广州大学的教学与创新人才培养的尝试，以培养优秀创新人才为目标，组建导师组和研究生指导团队，助力优秀学子追梦圆梦。

 

     

▲ 计算机拔尖创新实验班的微信公众号 

 

    在18计算机拔尖创新实验班的微信公众号“创新班的堆栈”上，创新班学子写下了这样的文字。

 

    ”即使尚未明晰以后的路该怎么走，我们也还有时间，给我们的兴趣试错。未来走哪条路，还需自己上下求索，不论是选择工作、科研还是创业，愿我们都能成为手可摘星辰的人，在宇宙鸿蒙里摘最亮的那颗星，照亮广州大学未来的路。不要笑，还是那句话，博学笃行，与时俱进，这是对广大人的要求，我们要为广州大学早日建成高水平大学奉献我们的一份绵薄之力！”

    

    奔跑吧，广大后浪！