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Type: Tese
Title: Differentially private selection using smooth sensitivity
Title in English: Differentially private selection using smooth sensitivity
Authors: Chaves, Iago Castro
Advisor: Machado, Javam de Castro
Keywords in Brazilian Portuguese : Seleção diferencialmente privada;Privacidade diferencial
Keywords in English : Differentially private selection;Differential privacy
Knowledge Areas - CNPq: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::CIENCIA DA COMPUTACAO
Issue Date: 2024
Citation: CHAVES, Iago Castro. Differentially private selection using smooth sensitivity. 2024. 84 f. Tese (Doutorado em Ciência da Computação) - Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2024.
Abstract in Brazilian Portuguese: Mecanismos de seleção diferencialmente privados oferecem garantias robustas de privacidade para consultas cujo resultado canônico é o elemento de maior pontuação r dentro de um conjunto finito R de acordo com uma função de utilidade dependente do conjunto de dados. Embora as consultas de seleção sejam bem difundidas em toda a ciência de dados, existem poucos mecanismos que proveem garantias de sua privacidade. Além disso, a grande maioria foca em alcançar privacidade diferencial (DP) por meio de sensibilidade global, possivelmente corrompendo o resultado da consulta com excessivo ruído e prejudicando inferências subsequentes. Para mitigar esse problema, propomos o algoritmo Smooth Noisy Max (SNM). Em particular, o algoritmo SNM aproveita o conceito de sensibilidade suave para fornecer erros esperados menores (limites superiores) quando comparados a métodos baseados em sensibilidade global sob leves condições. Resultados empíricos mostram que nosso algoritmo é mais preciso do que os métodos estado-da-arte de seleção diferencialmente privados em três diferentes aplicações: seleção de percentil, árvores de decisão gulosas e floresta aleatória.
Abstract: Differentially private selection mechanisms offer strong privacy guarantees for queries whose canonical outcome is the top-scoring element r within a finite set R according to a dataset-dependent utility function. While selection queries are pervasive throughout data science, there are few mechanisms to ensure their privacy. Additionally, the vast majority focus on achieving differential privacy (DP) through global sensitivity, possibly corrupting the query result with excessive noise and maiming downstream inferences. We propose the Smooth Noisy Max (SNM) algorithm to alleviate this issue. In particular, SNM algorithm leverages the notion of smooth sensitivity to provably provide smaller (upper bounds on) expected errors compared to methods based on global sensitivity under mild conditions. Empirical results show that our algorithm is more accurate than state-of-the-art differentially private selection methods in three applications: percentile selection, greedy decision trees, and random forest.
URI: http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/78262
Author's ORCID: https://orcid.org/0000-0002-1733-3069
Author's Lattes: http://lattes.cnpq.br/5223391736264519
Advisor's Lattes: http://lattes.cnpq.br/9884980518986225
Access Rights: Acesso Aberto
Appears in Collections:DCOMP - Teses defendidas na UFC

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