Partioning-based mechanisms under peisonalized differential privacy Note

1,ITRODUCTION

簡(jiǎn)單的介紹了在推薦系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中當(dāng)中一下,對(duì)個(gè)人隱私預(yù)算的需求。,在本文中,提出了兩種基于分區(qū)的機(jī)制,即基于隱私和基于實(shí)用的分區(qū),用于在數(shù)據(jù)集中處理每個(gè)個(gè)體的個(gè)性化差異隱私參數(shù),同時(shí)最大化不同私有計(jì)算的效用。文章從【1】論文當(dāng)中的兩個(gè)機(jī)制,即minnum機(jī)制和threshould機(jī)制引出本文要介紹的兩種分區(qū)機(jī)制,隱私意識(shí)和基于效用的分區(qū)機(jī)制(privacy-aware and utility-based partitioning)。
本文研究了實(shí)現(xiàn)PDP的兩種新的分區(qū)機(jī)制,同時(shí)充分利用了不同個(gè)體的隱私預(yù)算,并最大化了目標(biāo)DP計(jì)算的效用:隱私意識(shí)和基于實(shí)用的分區(qū)。給定任何DP聚合計(jì)算M,我們的分區(qū)機(jī)制組將各種隱私預(yù)算記錄到k個(gè)分區(qū)中,使用其最小的隱私預(yù)算在每個(gè)分區(qū)上應(yīng)用M,然后從k分區(qū)中綜合計(jì)算得到最終輸出。為了最大限度地利用所有剩余的隱私預(yù)算(即在分區(qū)當(dāng)中被閾值掩蓋的隱私預(yù)算),我們還開(kāi)發(fā)了一個(gè)t輪分區(qū),并從理論上證明了它的收斂性。隱私保護(hù)機(jī)制將所有隱私預(yù)算視為一種直方圖,并將具有類似價(jià)值的直方圖箱作為最小化隱私浪費(fèi)的方法?;趯?shí)用的機(jī)制將所有的隱私參數(shù)劃分為目標(biāo)計(jì)算M的最大效用,特別地,我們發(fā)現(xiàn)基于實(shí)用的機(jī)制在許多重要的DP聚合分析中具有更好的性能,如計(jì)數(shù)查詢、邏輯回歸和支持向量機(jī)。這是因?yàn)樗紤]了隱私預(yù)算浪費(fèi)和每個(gè)分區(qū)的記錄數(shù)量,這對(duì)目標(biāo)DP聚合機(jī)制的效用有很大的影響。廣泛的實(shí)驗(yàn)證明了我們的方法的一般適用性和優(yōu)越的性能。

2,Related Work

相關(guān)工作主要介紹了一下Dwork拉普拉斯機(jī)制考慮全體隱私的機(jī)制和【1】中提出的兩種個(gè)人差分隱私機(jī)制PDP1,基于簡(jiǎn)單抽樣的機(jī)制和改進(jìn)的指數(shù)機(jī)制(The Sample Mechanism PE Mechanism)本次實(shí)驗(yàn)結(jié)果將和抽樣機(jī)制進(jìn)行對(duì)比。

3,Preliminaries(預(yù)賽,原理,機(jī)制)

Definition 1 (£-Differential Privacy)
Definition 2 (Persionalized Differential Privacy)

4 Partitioning mechanisms(分區(qū)機(jī)制)

在本節(jié)中,我們提出了兩個(gè)分區(qū)機(jī)制,以充分利用個(gè)人的隱私預(yù)算,并最大化目標(biāo)DP計(jì)算的效用。
一般的分區(qū)機(jī)制,就是通過(guò)隱私預(yù)算將數(shù)據(jù)集D分成組,D1,,,,,,Dk,然后計(jì)算出每個(gè)帶噪音輸出的查詢結(jié)果q1,,,,,,qk。然后合成q。

Definition 3 (The General Partitioning Mechanism)
The General Partitioning Mechanism.png

分區(qū)機(jī)制沒(méi)有隱私風(fēng)險(xiǎn),信息是直接從記錄里面讀取出來(lái)的,其中每一個(gè)Privacy Budget都說(shuō)每一個(gè)小組里面最小的隱私預(yù)算。

4.1 Privacy-aware partitioning mechanism

開(kāi)發(fā)具有隱私意識(shí)的分區(qū)機(jī)制,目標(biāo)是將具有類似隱私預(yù)算的記錄分組,盡能力減小因?yàn)榉謪^(qū)而浪費(fèi)的隱私預(yù)算。we formulate the privacy budget waste of a partition Di as Wi = W(\varepsiloni,1, . . . , \varepsiloni,ni) = sum_{i=1}^ni(\varepsiloni,j ?min(\varepsiloni,j ))2, where ni is number of recordsin Di, \varepsiloni,j is the privacy budget of jth-record of Di, and min(\varepsiloni,j ) ensures \varepsiloni-DP for Di
制定了一個(gè)分區(qū)的隱私預(yù)算浪費(fèi)W={W1,,,,,,Wk},
我們定義隱私感知分區(qū)算法如下:

Definition 4 (Privacy-aware partitioning)
Privacy-aware partitioning

算法就是將隱私預(yù)算排隊(duì),然后進(jìn)行分組,使隱私分區(qū)浪費(fèi)最少,也就是將下面式最小化。然后得到相應(yīng)的k個(gè)分組。
隱私意識(shí)分區(qū)方法目標(biāo).jpg
Define 5(Untilily-based partitioning)

開(kāi)發(fā)效用最大的分區(qū)算法,使用最大效用函數(shù),使得每一個(gè)分區(qū)的最后的效用之和最大。
最優(yōu)化函數(shù)最大。

效用函數(shù).jpg

在拉普拉斯機(jī)制當(dāng)中,由于隱私預(yù)算與全局敏感度和數(shù)量有關(guān),所以可以設(shè)置最大效用函數(shù)為:U(ni;
\varepsilon
i) = 2(
\delta
f(x)/n\varepsilon\)

筆記大概整理

【1】Z. Jorgensen, T. Yu, and G. Cormode. Conservative or liberal? personalized differential
privacy. In 31st IEEE International Conference on Data Engineering
(ICDE), pages 1023–1034, 2015

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