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Type: Trabalho de Conclusão de Curso
Title: Avaliação de privacidade e eficiência em sistemas de recomendação federados com criptografia homomórfica
Author: Vieira, Andrew Buzinari d' Ornellas
First Advisor: Vieira, Alex Borges
Referee Member: Silva, Edelberto Franco
Referee Member: Chaves, Luciano Jerez
Resumo: Sistemas de recomendação dependem tradicionalmente da centralização de dados sensíveis, gerando conflitos com legislações modernas de proteção de dados, como a LGPD. O Aprendizado Federado (FL) mitiga este risco ao descentralizar o treino, mas os gradientes partilhados continuam vulneráveis a ataques de inferência. Este trabalho investiga a integração da Criptografia Homomórfica (esquema CKKS) num modelo Federado de Fatoração de Matrizes para garantir privacidade estrita. Utilizando o framework Flower e a biblioteca TenSEAL, avaliamos o algoritmo FedProx para lidar com a heterogeneidade dos dados (Non-IID) inerente aos sistemas de recomendação. Os resultados experimentais demonstram que a precisão preditiva é totalmente preservada sob criptografia, com o ruído de aproximação homomórfico a atuar como um regularizador implícito que pode estabilizar a convergência. Contudo, a camada criptográfica impõe um elevado custo computacional e expansão de dados, expondo trade-offs críticos para implantações escaláveis em tempo real.
Abstract: Recommender systems traditionally rely on the centralization of sensitive data, generating conflicts with modern data protection regulations, such as the LGPD. Federated Learning (FL) mitigates this risk by decentralizing the training process, but shared gradients remain vulnerable to inference attacks. This work investigates the integration of Homomorphic Encryption (CKKS scheme) into a Federated Matrix Factorization model to ensure strict privacy. Using the Flower framework and the TenSEAL library, we evaluated the FedProx algorithm to handle the data heterogeneity (Non-IID) inherent to recommender systems. Experimental results demonstrate that predictive accuracy is fully preserved under encryption, with the homomorphic approximation noise acting as an implicit regularizer that can stabilize convergence. However, the cryptographic layer imposes a high computational cost and data expansion, exposing critical trade-offs for real-time scalable deployments.
Keywords: Aprendizado federado
Criptografia homomórfica
Sistemas de recomendação
Privacidade por design
Federated learning
Homomorphic encryption
Recommender systems
Privacy by design
CNPq: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA
Language: por
Country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Juiz de Fora (UFJF)
Institution Initials: UFJF
Department: Faculdade de Engenharia
Access Type: Acesso Aberto
Attribution 3.0 Brazil
Creative Commons License: http://creativecommons.org/licenses/by/3.0/br/
URI: https://repositorio.ufjf.br/jspui/handle/ufjf/21436
Issue Date: 13-Jul-2026
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