Differentially private (DP) databases can enable privacy-preserving analytics over datasets or data streams containing sensitive personal records. In such systems, user privacy is a very limited resource that is consumed by every new query, and hence must be aggressively conserved. We propose Boost, the most effective caching component for linear query workloads over DP databases. Boost builds upon private multiplicative weights (PMW), a DP mechanism that is powerful in theory but very ineffective in practice, and transforms it into a highly effective caching object, PMW-Bypass, which uses prior-query results obtained through an external DP mechanism to train a PMW to answer arbitrary future linear queries accurately and "for free" from a privacy perspective. We show that Boost with PMW-Bypass conserves significantly more budget compared to vanilla PMW and simpler cache designs: at least 1.51 - 14.25x improvement in experiments on public Covid19 and CitiBike datasets. Moreover, Boost incorporates support for range-query workloads, such as timeseries or streaming workloads, where opportunities exist to further conserve privacy budget through DP parallel composition and warm-starting of PMW state. Our work thus establishes both a coherent system design and the theoretical underpinnings for effective caching in DP databases.


翻译:差分隐私(DP)数据库能够在包含敏感个人记录的数据集或数据流上实现隐私保护分析。在这类系统中,用户隐私是极为有限的资源,每次新查询都会消耗该资源,因此必须采取激进策略予以节约。我们提出Boost方案——针对差分隐私数据库线性查询负载的最有效缓存组件。Boost基于私有乘法权重法(PMW)——一种理论强大但实际效用甚微的差分隐私机制——将其转化为高效缓存对象PMW-Bypass。该机制利用通过外部差分隐私机制获得的先前查询结果来训练PMW,从而在隐私视角下"零成本"精确回答任意未来线性查询。实验表明,在公共Covid19和CitiBike数据集上,采用PMW-Bypass的Boost方案相比原生PMW及简单缓存设计能显著节约预算:性能提升达1.51-14.25倍。此外,Boost还支持范围查询负载(如时间序列或流式负载),可通过差分隐私并行组合及PMW状态热启动进一步节约隐私预算。因此,我们的工作既建立了统一的系统设计,也为差分隐私数据库中的高效缓存奠定了理论基础。

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
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
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
From Softmax to Sparsemax-ICML16(1)
KingsGarden
74+阅读 · 2016年11月26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
18+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
4+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
2+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
6+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2014年12月31日
Transformers in Remote Sensing: A Survey
Arxiv
25+阅读 · 2022年9月2日
VIP会员
最新内容
分层反无人机系统发展新趋势
专知会员服务
9+阅读 · 9月3日
何为协作武器?
专知会员服务
10+阅读 · 9月1日
《理解认知战:超越信息》
专知会员服务
14+阅读 · 9月1日
美国战争部在GenAI.mil上推出OpenAI的ChatGPT Mil
专知会员服务
10+阅读 · 8月31日
人工智能赋能军事维护:重新定义国防战备
专知会员服务
5+阅读 · 8月31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
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
From Softmax to Sparsemax-ICML16(1)
KingsGarden
74+阅读 · 2016年11月26日
相关基金
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
18+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
4+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
2+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
6+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员