Browsing by Author "Kittelberger, Jonas"

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Open Access
Efficient federated learning for gaze estimation
(2023) Kittelberger, Jonas
Gaze estimation is the task of deciding for given face images, in which direction people are looking. It is particularly useful for various applications including psychological analysis, authentication, and eye tracking in the context of virtual or augmented reality. To reduce the error of the predictions of gaze estimators, the training data should be collected from a large number of users to ensure the ability of the model to generalize correctly during the inference phase. However, the large data collection requirements conflict with privacy concerns. Building on existing federated learning approaches, this project aims to increase the efficiency of the training process. Hence, (i) we split the model into a part owned by the client and another part owned by a server. This results in strong data protection properties as well as model privacy. In addition, only a part of the model has to be stored and run by each client leading to decreasing computational effort for the typically substantially resource-constrained clients. (ii) We further train the gaze estimation model in an unsupervised fashion and (iii) prune the model weights to enhance the training efficiency. Furthermore, we extend our approach with several privacy-preserving techniques, e.g. Multi-Party Computation (MPC) and Differential Privacy (DP) mechanisms. We empirically demonstrate the effectiveness of these mechanisms with an implemented attack on our system. Our experiments show that our implemented system manages to predict gaze angles with an average deviation of less than 6.5 degrees from the actual angle in about 10 minutes and thus outperforms other privacy-preserving gaze estimators.
Open Access
Umsetzung vorhandener Wahlsysteme mit einem E-Voting-System
(2020) Kittelberger, Jonas
„Ordinos“ ist ein vielfältig einsetzbares E-Voting-System. Eine Besonderheit des Systems besteht in der Möglichkeit, die Gesamtzahl erhaltener Stimmen pro Kandidat geheim zu halten („Tally-Hiding“) und trotzdem verifizierbare Informationen über das Ergebnis, z.B. das Ranking der Kandidaten oder nur den Sieger der Wahl, preiszugeben. Dazu werden Operatoren verwendet, die auf verschlüsselten Daten arbeiten und als modulare Bausteine genutzt werden können, um eine Vielzahl an Protokollen zur Auswertung des Wahlergebnisses zu ermöglichen. Die Umsetzung bestehender Wahlsysteme mit Ordinos ist keine triviale Aufgabe und erfordert den systematischen Entwurf eines Protokolls, welches das Ergebnis effizient und korrekt berechnet und die geheimzuhaltenden Informationen nicht entschlüsselt. Im Rahmen der Bachelorarbeit wird auf zwei bestehende Wahlsysteme näher eingegangen. Dazu zählt die allgemeine Form der Parlamentswahl mit Erst- und Zweitstimme, wobei insbesondere auch die Wahl des deutschen Bundestages mit einbezogen wird. Als weiteres Wahlsystem wird das „Instant-Runoff-Voting“ betrachtet, wozu der Wähler eine geordnete Präferenzliste der Kandidaten als Stimme abgibt. Beim Instant-Runoff-Voting ist, im Gegensatz zur üblichen Wahl mit nur einer Option, nicht nur die Erstpräferenz des Wählers ausschlaggebend für das Wahlergebnis. Die entsprechenden Wahlsysteme werden in verschiedenen Varianten mit Ordinos umgesetzt. Dazu wird analysiert, wie sich die jeweilige Wahl mit Ordinos realisieren lässt und es wird ein Konzept entworfen, welches die Realisierung der Wahl detailliert veranschaulicht. Anhand des aufgestellten Konzepts werden die zur Durchführung der Wahl nötigen Erweiterungen des bereits existierenden Python-Codes implementiert. Mithilfe des Konzepts und der Implementierung des Wahlsystems wird beurteilt, wie sich die Laufzeit für verschiedene Szenarien verhält und wie geeignet das jeweilige Verfahren zur Durchführung der Wahl ist. Desweiteren wird auf Vor- und Nachteile eingegangen, die sich bei anderen Umsetzungen bzw. ohne Verwendung von Ordinos ergeben. Außerdem wird analysiert, inwiefern die Umsetzung die geforderten Sicherheitskriterien und insbesondere die Geheimhaltung bestimmter Informationen erfüllt.