O Aprendizado Federado já é uma tecnologia consolidada e amplamente utilizada por empresas como a Google, que emprega essa abordagem em treinamentos realizados diretamente nos dispositivos dos usuários. Mas, neste trabalho, os pesquisadores Francinaldo Barbosa (UFPI), Luis Guilherme Silva (UFPI), Iure Fé (UFPI), Israel Cardoso (UFPI), Alex Vieira (UFJF), Geraldo P. Rocha Filho (UESB) e Francisco Airton Silva (UFPI) focaram em ampliar essa arquitetura ao integrar o Aprendizado Federado com Blockchain, buscando aumentar a segurança e a confiabilidade do processo de treinamento distribuído.
O trabalho aborda o aprendizado de máquina distribuído, que se distingue do modelo tradicional de aprendizado de máquina porque, neste último, os dados dos clientes são enviados para um servidor central, que possui maior capacidade computacional para processá-los e treinar o modelo. Entretanto, esse processo exige que grandes volumes de dados trafeguem pela rede, o que pode gerar problemas relacionados à privacidade, à segurança e ao risco de ataques maliciosos. O Aprendizado Federado surge justamente para minimizar esses problemas. Em vez de enviar os dados dos usuários ao servidor, cada cliente realiza localmente o treinamento do modelo utilizando seus próprios dados. Após essa etapa, apenas os parâmetros ou pesos atualizados do modelo são enviados ao servidor central, enquanto os dados permanecem armazenados no dispositivo do cliente. Dessa forma, reduz-se a circulação de informações sensíveis e preserva-se a privacidade dos usuários.
Para alcançar seu objetivo, os autores utilizaram o FLEX, um framework voltado para simulações de Aprendizado Federado. Esse framework possui diferentes bibliotecas, entre elas a FlexBlock, responsável por integrar o Aprendizado Federado com Blockchain. Essa integração permite registrar e validar as atualizações do modelo de forma descentralizada, aumentando a segurança do processo e dificultando manipulações maliciosas.
A arquitetura proposta combina dois modelos de comunicação:
- Cliente-servidor, utilizado durante o treinamento realizado pelos clientes e no envio das atualizações do modelo;
- Peer-to-peer (P2P), utilizado para a comunicação entre os diferentes nós (servidores) da rede Blockchain.
Na arquitetura Blockchain, os servidores participam de um processo de consenso para decidir qual atualização será incorporada ao bloco seguinte da cadeia. O artigo compara dois mecanismos de consenso.
O primeiro mecanismo baseia-se na lógica semelhante ao Proof of Work (PoW), na qual vence o servidor que realizou maior trabalho computacional para validar o bloco.
O segundo mecanismo considera o desempenho obtido no treinamento, priorizando o servidor que apresentou os melhores resultados (por exemplo, maior acurácia) ao atualizar o modelo.
O objetivo do estudo foi comparar esses mecanismos para identificar qual apresenta melhor desempenho e maior potencial de aplicação em cenários reais de Aprendizado Federado com Blockchain.
O treinamento ocorre por meio de rodadas sucessivas, característica típica do Aprendizado Federado. Em cada rodada, os clientes treinam localmente o modelo, enviam seus parâmetros atualizados ao servidor e um novo modelo global é gerado. Esse processo é repetido por um número de rodadas previamente definido.
Uma das principais métricas analisadas foi a acurácia, que indica o quanto o modelo melhora seu desempenho ao longo das rodadas de treinamento – isto é, mede o quanto o modelo “aprendeu”.
Os autores observaram que o mecanismo baseado em Proof of Work apresenta oscilações mais acentuadas na evolução da acurácia. Isso ocorre porque o consenso privilegia o servidor que realizou maior esforço computacional, e não necessariamente aquele que produziu o melhor modelo treinado. Assim, pode acontecer de um servidor vencer o consenso mesmo sem possuir os melhores resultados de treinamento.
Idealmente, espera-se que a evolução da acurácia apresente crescimento gradual e estável até atingir um ponto de estabilização, indicando convergência do modelo.
Outro resultado analisado aparece no Gráfico 2 da página 11 (o artigo está publicado aqui – https://sol.sbc.org.br/index.php/sbrc/article/view/42375), que apresenta a perda (loss) do modelo ao longo das rodadas. Essa métrica indica o erro do modelo durante o treinamento e permite avaliar sua capacidade de convergência: quanto menor a perda, melhor tende a ser o desempenho do modelo.
Desafios identificados
Os autores destacam algumas limitações do estudo.
A principal delas é que o framework FLEX ainda é bastante recente, havendo pouca documentação e poucos trabalhos publicados sobre suas bibliotecas específicas, especialmente sobre a FlexBlock. Essa limitação dificulta comparações com outros estudos e restringe a maturidade da ferramenta.
Outro ponto observado é que, embora a biblioteca disponibilize três mecanismos de consenso, apenas dois foram utilizados na pesquisa. Um terceiro mecanismo não foi incluído porque aparentava estar desatualizado ou ainda não plenamente funcional.
Além disso, o estudo poderia ter sido enriquecido pela comparação com um número maior de mecanismos de consenso utilizados em Blockchain, ampliando a análise sobre desempenho, segurança e eficiência.
Trabalhos futuros
Como continuidade da pesquisa, os autores sugerem os seguintes passos: avaliar um número maior de métricas de desempenho; comparar outros mecanismos de consenso para Blockchain; investigar o custo computacional e energético de cada mecanismo ao longo das rodadas de treinamento; ampliar os experimentos para cenários mais próximos de aplicações reais de Aprendizado Federado.
Leia o artigo completo nos anais do SBRC 2026: https://sol.sbc.org.br/index.php/sbrc/article/view/42375
