Most differentially private (DP) algorithms assume a central model in which a reliable third party inserts noise to queries made on datasets, or a local model where the users locally perturb their data. However, the central model is vulnerable via a single point of failure, and in the local model, the utility of the data deteriorates significantly. The recently proposed shuffle model is an intermediate framework between the central and the local paradigms where the users send their locally privatized data to a server where messages are shuffled, effacing the link between a privatized message and the corresponding user, giving a better trade-off between privacy and utility than the local model, as its privacy gets amplified without adding more noise. In this paper, we theoretically derive the strictest known bound for DP guarantee for the shuffle models with $k$-Randomized Response local randomizers. There on, we focus on the utility of the shuffle model for histogram queries. Leveraging on the matrix inversion method, which is used to approximate the original distribution from the empirical one produced by the $k$-RR mechanism, we de-noise the histogram produced by the shuffle model to evaluate the total variation distance of the resulting histogram from the true one, which we regard as the measure of utility of the privacy mechanism. We perform experiments on both synthetic and real data to compare the privacy-utility trade-off of the shuffle model with that of the central one privatized by adding the state-of-the-art Gaussian noise to each bin. Although the experimental results stay consistent with the literature that favour the central model, we see that, the difference in statistical utilities between the central and the shuffle models is very small, showing that they are almost comparable under the same level of DP.


翻译:大多数差分隐私(DP)算法假设一个中心模型,其中可信第三方对数据集上的查询注入噪声,或者一个本地模型,用户本地扰动其数据。然而,中心模型容易因单点故障而失效,而本地模型中的数据效用会显著下降。最近提出的洗牌模型是介于中心范式与本地范式之间的中间框架:用户将其本地私有化数据发送至服务器,其中消息经过洗牌处理,消除了私有化消息与相应用户之间的关联,从而在隐私与效用之间提供比本地模型更优的权衡——其隐私性无需添加更多噪声即可得到放大。本文从理论上推导了基于$k$-随机化响应本地随机化器的洗牌模型在差分隐私保障方面已知最严格的界限。在此基础上,我们重点研究洗牌模型在直方图查询中的效用。利用矩阵求逆方法(该方法用于从$k$-RR机制产生的经验分布中近似原始分布),我们对洗牌模型产生的直方图进行去噪,以评估所得直方图与真实直方图之间的全变差距离,并将其视为隐私机制的效用度量。我们在合成数据和真实数据上进行实验,将洗牌模型的隐私-效用权衡与中心模型(通过向每个分箱添加最先进的高斯噪声实现私有化)进行对比。尽管实验结果与支持中心模型的文献一致,但我们发现中心模型与洗牌模型在统计效用上的差异非常微小,表明在相同DP水平下两者几乎具有可比性。

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
34+阅读 · 2019年10月18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
RL解决'BipedalWalkerHardcore-v2' (SOTA)
CreateAMind
31+阅读 · 2019年7月17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
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2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
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
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+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
3+阅读 · 2014年12月31日
VIP会员
最新内容
学习数据的几何:形状空间分析数学综述
专知会员服务
1+阅读 · 今天14:45
定向能反无人机系统最新发展动态
专知会员服务
3+阅读 · 今天13:50
从燃煤战舰到算法战争:水面指挥的永恒要求
专知会员服务
2+阅读 · 今天13:33
相关VIP内容
FlowQA: Grasping Flow in History for Conversational Machine Comprehension
专知会员服务
34+阅读 · 2019年10月18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
相关资讯
RL解决'BipedalWalkerHardcore-v2' (SOTA)
CreateAMind
31+阅读 · 2019年7月17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
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2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
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
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+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
3+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员