Differential Privacy via Distributionally Robust Optimization

差别隐私 跳跃式监视 有界函数 数学优化 利用 最优化问题 计算机科学 对偶(序理论) 水准点(测量) 稳健优化 上下界 先验与后验 成对比较 数学 算法 数学分析 哲学 计算机安全 大地测量学 认识论 离散数学 人工智能 地理
作者
Aras Selvi,Huikang Liu,Wolfram Wiesemann
出处
期刊:Cornell University - arXiv [Cornell University]
被引量:1
标识
DOI:10.48550/arxiv.2304.12681
摘要

In recent years, differential privacy has emerged as the de facto standard for sharing statistics of datasets while limiting the disclosure of private information about the involved individuals. This is achieved by randomly perturbing the statistics to be published, which in turn leads to a privacy-accuracy trade-off: larger perturbations provide stronger privacy guarantees, but they result in less accurate statistics that offer lower utility to the recipients. Of particular interest are therefore optimal mechanisms that provide the highest accuracy for a pre-selected level of privacy. To date, work in this area has focused on specifying families of perturbations a priori and subsequently proving their asymptotic and/or best-in-class optimality. In this paper, we develop a class of mechanisms that enjoy non-asymptotic and unconditional optimality guarantees. To this end, we formulate the mechanism design problem as an infinite-dimensional distributionally robust optimization problem. We show that the problem affords a strong dual, and we exploit this duality to develop converging hierarchies of finite-dimensional upper and lower bounding problems. Our upper (primal) bounds correspond to implementable perturbations whose suboptimality can be bounded by our lower (dual) bounds. Both bounding problems can be solved within seconds via cutting plane techniques that exploit the inherent problem structure. Our numerical experiments demonstrate that our perturbations can outperform the previously best results from the literature on artificial as well as standard benchmark problems.
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