In this paper, we consider the $k$-approximate pattern matching problem under differential privacy, where the goal is to report or count all substrings of a given string $S$ which have a Hamming distance at most $k$ to a pattern $P$, or decide whether such a substring exists. In our definition of privacy, individual positions of the string $S$ are protected. To be able to answer queries under differential privacy, we allow some slack on $k$, i.e. we allow reporting or counting substrings of $S$ with a distance at most $(1+\gamma)k+\alpha$ to $P$, for a multiplicative error $\gamma$ and an additive error $\alpha$. We analyze which values of $\alpha$ and $\gamma$ are necessary or sufficient to solve the $k$-approximate pattern matching problem while satisfying $\epsilon$-differential privacy. Let $n$ denote the length of $S$. We give 1) an $\epsilon$-differentially private algorithm with an additive error of $O(\epsilon^{-1}\log n)$ and no multiplicative error for the existence variant; 2) an $\epsilon$-differentially private algorithm with an additive error $O(\epsilon^{-1}\max(k,\log n)\cdot\log n)$ for the counting variant; 3) an $\epsilon$-differentially private algorithm with an additive error of $O(\epsilon^{-1}\log n)$ and multiplicative error $O(1)$ for the reporting variant for a special class of patterns. The error bounds hold with high probability. All of these algorithms return a witness, that is, if there exists a substring of $S$ with distance at most $k$ to $P$, then the algorithm returns a substring of $S$ with distance at most $(1+\gamma)k+\alpha$ to $P$. Further, we complement these results by a lower bound, showing that any algorithm for the existence variant which also returns a witness must have an additive error of $\Omega(\epsilon^{-1}\log n)$ with constant probability.


翻译:本文研究差分隐私约束下的$k$-近似模式匹配问题,目标是在给定字符串$S$中报告或计数所有与模式$P$的汉明距离不超过$k$的子串,或判定是否存在这样的子串。在隐私定义中,我们保护字符串$S$的各个位置信息。为在差分隐私条件下回答查询,允许在$k$上引入松弛量,即允许报告或计数$S$中与$P$距离不超过$(1+\gamma)k+\alpha$的子串(其中$\gamma$为乘性误差,$\alpha$为加性误差)。我们分析了在满足$\epsilon$-差分隐私条件下,解决$k$-近似模式匹配问题所需的$\alpha$和$\gamma$取值条件。设$n$表示$S$的长度,本文给出:(1) 对存在性变体,提出一个具有$O(\epsilon^{-1}\log n)$加性误差且无乘性误差的$\epsilon$-差分隐私算法;(2) 对计数变体,提出一个加性误差为$O(\epsilon^{-1}\max(k,\log n)\cdot\log n)$的$\epsilon$-差分隐私算法;(3) 对特殊类别模式报告变体,提出一个加性误差为$O(\epsilon^{-1}\log n)$且乘性误差为$O(1)$的$\epsilon$-差分隐私算法。误差界以高概率成立。所有算法均返回见证结果:即若$S$中存在与$P$距离不超过$k$的子串,则算法返回$S$中与$P$距离不超过$(1+\gamma)k+\alpha$的子串。此外,我们通过下界证明补充上述结果:任何返回见证结果的存在性变体算法,其加性误差必须以常概率至少达到$\Omega(\epsilon^{-1}\log n)$。

0
下载
关闭预览

相关内容

FlowQA: Grasping Flow in History for Conversational Machine Comprehension
专知会员服务
35+阅读 · 2019年10月18日
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
61+阅读 · 2019年10月17日
《DeepGCNs: Making GCNs Go as Deep as CNNs》
专知会员服务
32+阅读 · 2019年10月17日
Keras François Chollet 《Deep Learning with Python 》, 386页pdf
专知会员服务
164+阅读 · 2019年10月12日
【SIGGRAPH2019】TensorFlow 2.0深度学习计算机图形学应用
专知会员服务
41+阅读 · 2019年10月9日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Hierarchical Imitation - Reinforcement Learning
CreateAMind
19+阅读 · 2018年5月25日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2014年12月31日
Arxiv
0+阅读 · 2024年1月2日
Arxiv
0+阅读 · 2024年1月2日
Arxiv
0+阅读 · 2023年12月30日
Arxiv
0+阅读 · 2023年12月30日
Arxiv
0+阅读 · 2023年12月29日
Arxiv
18+阅读 · 2022年11月21日
Arxiv
21+阅读 · 2019年8月21日
Arxiv
14+阅读 · 2018年5月15日
Arxiv
22+阅读 · 2018年2月14日
VIP会员
最新内容
《反无人机交战场景下的战斗归零研究》
专知会员服务
2+阅读 · 今天2:34
博士论文 | 用代码结构感知方法推进代码大模型
《决策模型比较研究》
专知会员服务
11+阅读 · 7月25日
《美军水下战与海床战概述及本地实施》
专知会员服务
6+阅读 · 7月25日
面向未来冲突推进陆军情报体制改革
专知会员服务
5+阅读 · 7月25日
相关资讯
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Hierarchical Imitation - Reinforcement Learning
CreateAMind
19+阅读 · 2018年5月25日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
相关论文
Arxiv
0+阅读 · 2024年1月2日
Arxiv
0+阅读 · 2024年1月2日
Arxiv
0+阅读 · 2023年12月30日
Arxiv
0+阅读 · 2023年12月30日
Arxiv
0+阅读 · 2023年12月29日
Arxiv
18+阅读 · 2022年11月21日
Arxiv
21+阅读 · 2019年8月21日
Arxiv
14+阅读 · 2018年5月15日
Arxiv
22+阅读 · 2018年2月14日
相关基金
国家自然科学基金
2+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员