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差分隐私入门

差分隐私入门

作者: hlchengzi | 来源:发表于2018-08-17 19:07 被阅读0次

    1,Different Privacy形式定义

    Differential Privacy:A randomized algorithm M with domain N,|X| is (ε, δ)-differentially private if for all S ⊆ Range(M) andfor all x, y ∈ N|X| such that ∥x − y∥1 ≤ 1:

            Pr[M(x) ∈ S] ≤ exp(ε) Pr[M(y) ∈ S] + δ,                                                                                                                      理解:也就是说对于一个数据库,个人数据对整个查询影响在预算内,在算式里面 δ是微不足道的                                  对于差别只有一条记录的两个数据集,查询它们获得相同值的概率非常非常的接近

    2,实现机制:

    目前常用的有两种方法,一个是Laplace机制,在查询结果里加入Laplace分布的噪音,适用于数值型输出,另外一个是指数机制,在查询结果里用指数分布来调整概率,适用于非数值型输出

    2.1,Laplace机制

    对数值型计算(numerical function),使用Laplace 机制就可以实现DP,函数  f 是一个提供 ϵ-DP 的查询函数,f (n) = count (i) + noise,其中noise 是服从某种随机分布的噪声。添加的noise就是就是概率服从拉普拉斯分布函数

    我们在其中加入噪音要使其数学期望为0,即u=0,我们令x=df/E,则

    拉普拉斯机制图示

    f 噪声为0时,即输出count 时,Pr 概率是最高的;当f(D) 以Pr 概率产生噪声noisef(D') 以Pr' 概率产生噪声noise',两者输出值相同为count' 时, Pr 与 Pr' 的比值控制在exp( ϵ ) 内。

    证明:

    d = count (D) - count (D'),,D和D'为兄弟集合,那么对于

    2.2,指数机制

    我们记O 为候选项目集合,o 为候选项目,函数q(D, o) 输出条目oD 中的出现次数,一个算法

    输出 oO 的概率正比于exp(E*q(D,r))/2 dq,则说M 是满足 ϵ-DP指数机制。其中

    dq称为敏感度

    3,注意

    敏感度(sensitivity): 敏感度分为全局敏感度和局部敏感度,通常情况下采用全局敏感度会加入过大的噪音,使数据失真,但弱使用局部敏感度,在一定程度上就会泄露数据分布信息,这个时候就有了 平滑敏感度

    其他知识

    差分隐私可以通过向聚合查询结果添加随机化"噪声"来实现,以保护个人的条目,而不会显著改变查询结果。                                                                                                                      1.0聚合查询:一种查询(SQL语句,它通过包含一个聚合函数(如Sum或 Avg )来汇总来自多个行的信息  1.1聚合函数:聚合函数对一组值(数据库中行)执行计算并返回单一的值。除了COUNT以外,聚合函数忽略空值。聚合函数经常与SELECT语句的 GROUP BY 子句一同使用。

    常用范数                                                                                                                                                            这里以Cn空间为例,Rn空间类似。

    最常用的范数就是p-范数。若

    那么

    可以验证p-范数确实满足范数的定义。其中三角不等式的证明不是平凡的,这个结论通常称为闵可夫斯基(Minkowski)不等式。

    当p取1,2.......N

    1-范数:║x║1=│x1│+│x2│+…+│xn│

    2-范数:║x║2=(│x1│2+│x2│2+…+│xn│2)1/2

    ∞-范数:║x║∞=max(│x1│,│x2│,…,│xn│)

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