Verbesserte Differenziell Private Durchschnittskonsens mit verbessertem Genauigkeits-Datenschutz-Trade-off

Kernekoncepter

Verbesserung des Genauigkeits-Datenschutz-Trade-offs im Durchschnittskonsens durch die Verwendung eines verteilten Shuffling-Mechanismus.

Resumé

Dieser Artikel untersucht das Problem des Durchschnittskonsenses mit differenziellem Datenschutz der Anfangszustände. Ein verteiltes Shuffling-Mechanismus basierend auf dem Paillier-Kryptosystem wird vorgeschlagen, um korrelierte Nullsummenzufälligkeit zu generieren. Durch die Verwendung von Gaußschen Rauschen bei der Randomisierung der lokalen datenschutzsensiblen Anfangszustände und der Ausgabe des Mechanismus wird gezeigt, dass der resultierende Durchschnittskonsensalgorithmus die Lücke im Sinne des Genauigkeits-Datenschutz-Trade-offs des zentralisierten Durchschnittsmechanismus fast wiederherstellen kann.

Einleitung

• Entwicklung von Cyber-Physischen Systemen
• Bedeutung des Durchschnittskonsenses

Durchschnittskonsensalgorithmus

• Rolle des Durchschnittskonsenses in verteilten Berechnungen
• Anwendungsbereiche des Durchschnittskonsenses

Datenschutz im Durchschnittskonsens

• Verwendung von Verschlüsselungstechniken
• Hinzufügen von Offset oder Masken zu Knotenzuständen

DiShuf-Mechanismus

• Beschreibung des verteilten Shuffling-Mechanismus
• Verwendung des Paillier-Kryptosystems

Algorithmus mit Gaußschen Rauschen

• Implementierung des Algorithmus mit Gaußschen Rauschen
• Analyse des Datenschutzniveaus und der Genauigkeit

Algorithmus mit Laplace-Rauschen

• Implementierung des Algorithmus mit Laplace-Rauschen
• Vergleich der Ergebnisse mit dem Gaußschen Mechanismus

Statistik

Durch die Verwendung von Gaußschen Rauschen kann die Genauigkeit des Durchschnittskonsensalgorithmus verbessert werden.
Die Verwendung des Paillier-Kryptosystems ermöglicht die Generierung korrelierter Nullsummenzufälligkeit.

Citater

"Der resultierende Durchschnittskonsensalgorithmus kann die Lücke im Genauigkeits-Datenschutz-Trade-off fast vollständig schließen."

Vigtigste indsigter udtrukket fra

Differentially Private Average Consensus with Improved Accuracy-Privacy Trade-off

by Lei Wang,Wei... kl. arxiv.org 03-04-2024

https://arxiv.org/pdf/2309.08464.pdf

Dybere Forespørgsler

Wie könnte der vorgeschlagene Mechanismus auf andere Anwendungsfälle außerhalb des Durchschnittskonsenses angewendet werden?

Der vorgeschlagene Mechanismus des verteilten Shuffling könnte auf verschiedene andere Anwendungsfälle im Bereich des Datenschutzes und der Privatsphäre angewendet werden. Zum Beispiel könnte er in verteilten Machine-Learning-Systemen eingesetzt werden, um die Privatsphäre von Trainingsdaten zu schützen. Durch die Verwendung des Shuffling-Mechanismus könnten sensible Daten vor unbefugtem Zugriff geschützt werden, während gleichzeitig die Integrität des Trainingsprozesses gewährleistet wird. Darüber hinaus könnte der Mechanismus auch in der sicheren Datenaggregation in IoT-Netzwerken oder bei der sicheren Berechnung von Statistiken über sensible Daten verwendet werden.

Welche Gegenargumente könnten gegen die Verwendung von Gaußschen Rauschen für den Datenschutz vorgebracht werden?

Obwohl die Verwendung von Gaußschen Rauschen für den Datenschutz viele Vorteile bietet, könnten einige Gegenargumente vorgebracht werden. Ein mögliches Gegenargument ist, dass die Verwendung von Gaußschen Rauschen die Datenqualität beeinträchtigen kann, insbesondere wenn die Varianz der Rauschkomponente zu hoch gewählt wird. Dies könnte zu Verzerrungen in den Daten führen und die Genauigkeit der Analyseergebnisse beeinträchtigen. Ein weiteres Gegenargument könnte sein, dass die Verwendung von Gaußschen Rauschen möglicherweise nicht ausreicht, um bestimmte Arten von Angriffen auf die Privatsphäre zu verhindern, insbesondere wenn zusätzliche Informationen oder Seitenkanalangriffe berücksichtigt werden.

Wie könnte die Idee des verteilten Shuffling-Mechanismus auf andere Datenschutzprobleme angewendet werden?

Die Idee des verteilten Shuffling-Mechanismus könnte auf verschiedene andere Datenschutzprobleme angewendet werden, insbesondere in Situationen, in denen die Privatsphäre von sensiblen Daten gewährleistet werden muss. Zum Beispiel könnte der Mechanismus in verteilten Datenbanken eingesetzt werden, um die Vertraulichkeit von Benutzerdaten zu schützen. Durch die Verwendung des Shuffling-Mechanismus könnten Daten verschleiert und vor unbefugtem Zugriff geschützt werden. Darüber hinaus könnte der Mechanismus auch in der sicheren Datenübertragung und -speicherung eingesetzt werden, um die Integrität und Vertraulichkeit von Informationen zu gewährleisten.