Modern stream-based monitors collect detailed statistics of the runtime behavior of the system under observation. If the system runs in a privacy-sensitive context, this poses the risk of disclosing sensitive information. Differential privacy is the state-of-the-art approach for protecting sensitive information, however, integrating it into runtime monitoring is challenging: temporal operators can cause individual input values to influence multiple outputs over time, leading to repeated disclosure of private information. We propose an approach that automatically enforces differential privacy in stream-based monitoring specifications by analyzing temporal dependencies and injecting carefully calibrated noise into the specification. To preserve the utility of the outputs, we identify strategically chosen positions in the specification for noise injection and leverage tree-based mechanisms to mitigate the accuracy loss caused by noise injected into aggregation operators. We demonstrate the practicality and effectiveness of our approach in a case study on monitoring public transportation usage.


翻译:现代基于流的监控器会收集被观测系统运行时的详细统计信息。若系统在隐私敏感环境中运行,这将导致敏感信息泄露的风险。差分隐私是保护敏感信息的最先进方法,但将其集成到运行时监控中具有挑战性:时序算子可能导致单个输入值随时间影响多个输出,从而造成隐私信息的重复泄露。我们提出了一种方法,通过分析时序依赖关系并将经过精心校准的噪声注入到规范中,自动在基于流的监控规范中实现差分隐私。为保持输出结果的实用性,我们识别出规范中策略性选择的噪声注入位置,并利用基于树的机制来减轻聚合算子中注入噪声所导致的精度损失。我们通过一个公共交通使用监控案例研究,展示了该方法的实用性与有效性。

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