Differenzielle Datenschutzgarantie durch Budget-Recycling

Core Concepts

Der Budget-Recycling-Differenzielle Datenschutzrahmen (BR-DP) bietet eine differenzielle Datenschutzgarantie, während er gleichzeitig die Datennutzung durch die Wahrscheinlichkeit der Erzeugung akzeptabler verrauschter Ausgaben innerhalb vorgegebener Fehlergrenzen erhöht.

Abstract

Der Budget-Recycling-Differenzielle Datenschutzrahmen (BR-DP) kombiniert einen differenziellen Datenschutzkern (DP-Kern) mit einem Budget-Recycler. Der DP-Kern ist für die Erzeugung einer verrauschten Antwort pro Iteration verantwortlich, während der Recycler die Ausgabe bedingt freisetzt oder regeneriert.

Der Kern des BR-DP-Rahmens besteht aus zwei Komponenten: einem DP-Kern, der für die Erzeugung einer verrauschten Antwort pro Iteration verantwortlich ist, und einem Recycler, der die verrauschte Antwort bedingt freisetzt oder regeneriert. Die Analyse des Datenschutzverlusts des BR-DP-Rahmens führt zu einem Budgetierungsprinzip, das den verfügbaren Haushalt optimal zwischen dem DP-Kern und dem Recycler aufteilt. Darüber hinaus werden Algorithmen für eine straffe BR-DP-Buchhaltung in Kompositionsszenarien eingeführt, und die Ergebnisse zeigen, dass BR-DP nach der Komposition einen geringeren Datenschutzverlust aufweist als der DP-Kern-Mechanismus. Außerdem wird das Konzept der Datenschutzamplifikation durch Unterabtastung innerhalb des BR-DP-Rahmens untersucht und optimale Abtastraten für BR-DP über verschiedene Abfragen hinweg vorgeschlagen.

Stats

Der Datenschutzverlust des BR-DP-Rahmens nach der Komposition ist geringer als der des DP-Kern-Mechanismus bei gleicher Datenschutzgarantie pro Abfrage.
BR-DP erreicht eine höhere Akzeptanzrate der verrauschten Ausgaben innerhalb vorgegebener Fehlergrenzen als der DP-Mechanismus bei gleichem Datenschutzbudget.
Die optimale Abtastrate für BR-DP hängt vom Abfragetyp ab und kann durch einen vorgeschlagenen Algorithmus bestimmt werden.

Quotes

"Der Budget-Recycling-Differenzielle Datenschutzrahmen (BR-DP) bietet eine differenzielle Datenschutzgarantie, während er gleichzeitig die Datennutzung durch die Wahrscheinlichkeit der Erzeugung akzeptabler verrauschter Ausgaben innerhalb vorgegebener Fehlergrenzen erhöht."
"BR-DP erreicht eine höhere Akzeptanzrate der verrauschten Ausgaben innerhalb vorgegebener Fehlergrenzen als der DP-Mechanismus bei gleichem Datenschutzbudget."

Key Insights Distilled From

Budget Recycling Differential Privacy

by Bo Jiang,Jia... at arxiv.org 03-19-2024

https://arxiv.org/pdf/2403.11445.pdf

Deeper Inquiries

Wie könnte der BR-DP-Rahmen für andere Anwendungsfälle als die in dieser Arbeit untersuchten erweitert werden?

Der BR-DP-Rahmen könnte für verschiedene Anwendungsfälle erweitert werden, indem er an die spezifischen Anforderungen und Datenstrukturen angepasst wird. Zum Beispiel könnte der Rahmen für Anwendungsfälle im Gesundheitswesen angepasst werden, um die Privatsphäre von Patientendaten zu schützen und gleichzeitig nützliche Erkenntnisse zu gewinnen. Ebenso könnte er für Finanzdaten verwendet werden, um sensible Informationen zu schützen und dennoch aussagekräftige Analysen durchzuführen. Durch die Anpassung der Parameter, wie z.B. des Fehlerbereichs und der Budgetallokation, kann der BR-DP-Rahmen flexibel auf verschiedene Anwendungsfälle zugeschnitten werden.

Welche zusätzlichen Mechanismen oder Techniken könnten in den BR-DP-Rahmen integriert werden, um die Datennutzung weiter zu verbessern?

Um die Datennutzung weiter zu verbessern, könnten zusätzliche Mechanismen oder Techniken in den BR-DP-Rahmen integriert werden. Ein Ansatz wäre die Integration von differenziellen Datenschutztechniken, die speziell für bestimmte Datentypen oder Anwendungen optimiert sind. Zum Beispiel könnten spezielle Mechanismen für Textdaten oder Bilddaten implementiert werden, um die Genauigkeit der Analysen zu verbessern. Darüber hinaus könnten fortgeschrittene Algorithmen zur Rauschunterdrückung oder zur Datenaggregation in den BR-DP-Rahmen integriert werden, um die Datenqualität zu erhöhen und gleichzeitig die Privatsphäre zu wahren.

Wie könnte der BR-DP-Rahmen für verteilte oder dezentralisierte Datensysteme angepasst werden, um den Datenschutz und die Datennutzung in solchen Umgebungen zu optimieren?

Für verteilte oder dezentralisierte Datensysteme könnte der BR-DP-Rahmen angepasst werden, um den Datenschutz und die Datennutzung in solchen Umgebungen zu optimieren. Eine Möglichkeit wäre die Implementierung von sicheren Multi-Party-Berechnungstechniken, die es den einzelnen Parteien ermöglichen, Daten zu aggregieren und Analysen durchzuführen, ohne die Rohdaten preiszugeben. Darüber hinaus könnten Verschlüsselungstechniken und sichere Kommunikationsprotokolle in den BR-DP-Rahmen integriert werden, um die Datenübertragung und -speicherung in verteilten Systemen zu schützen. Durch die Anpassung an die spezifischen Anforderungen von verteilten Umgebungen kann der BR-DP-Rahmen dazu beitragen, Datenschutz und Datennutzung in solchen Systemen zu optimieren.