論文の概要: Private Synthetic Data Generation in Small Memory

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2412.09756v1
• Date: Thu, 12 Dec 2024 23:24:05 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2024-12-16 15:37:48.783063
• Title: Private Synthetic Data Generation in Small Memory
• Title（参考訳）: 小記憶におけるプライベートな合成データ生成
• Authors: Rayne Holland, Seyit Camtepe, Chandra Thapa, Jason Xue,
• Abstract要約: 資源効率を保ちながら差分プライバシーを確保する軽量な合成データ生成器を提案する。 $textsfPrivHP$は、入力ストリームの分布を保存するプライベートな合成データを生成する。 サイズ$n$ in $mathcalO((w+k)log (varepsilon n))$ space, $mathcalO(log (varepsilon n))$ update timeを処理し、$mathcalO(klog klog)でプライベートな合成データジェネレータを出力する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 8.913413757749066
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Protecting sensitive information on data streams is a critical challenge for modern systems. Current approaches to privacy in data streams follow two strategies. The first transforms the stream into a private sequence, enabling the use of non-private analyses but incurring high memory costs. The second uses compact data structures to create private summaries but restricts flexibility to predefined queries. To address these limitations, we propose $\textsf{PrivHP}$, a lightweight synthetic data generator that ensures differential privacy while being resource-efficient. $\textsf{PrivHP}$ generates private synthetic data that preserves the input stream's distribution, allowing flexible downstream analyses without additional privacy costs. It leverages a hierarchical decomposition of the domain, pruning low-frequency subdomains while preserving high-frequency ones in a privacy-preserving manner. To achieve memory efficiency in streaming contexts, $\textsf{PrivHP}$ uses private sketches to estimate subdomain frequencies without accessing the full dataset. $\textsf{PrivHP}$ is parameterized by a privacy budget $\varepsilon$, a pruning parameter $k$ and the sketch width $w$. It can process a dataset of size $n$ in $\mathcal{O}((w+k)\log (\varepsilon n))$ space, $\mathcal{O}(\log (\varepsilon n))$ update time, and outputs a private synthetic data generator in $\mathcal{O}(k\log k\log (\varepsilon n))$ time. Prior methods require $\Omega(n)$ space and construction time. Our evaluation uses the expected 1-Wasserstein distance between the sampler and the empirical distribution. Compared to state-of-the-art methods, we demonstrate that the additional cost in utility is inversely proportional to $k$ and $w$. This represents the first meaningful trade-off between performance and utility for private synthetic data generation.
• Abstract（参考訳）: データストリームの機密情報を保護することは、現代のシステムにとって重要な課題である。 データストリームのプライバシに対する現在のアプローチは、2つの戦略に従う。 1つ目は、ストリームをプライベートシーケンスに変換し、非プライベート分析の使用を可能にするが、高いメモリコストを発生させる。 2つ目は、コンパクトなデータ構造を使用してプライベートな要約を生成するが、事前に定義されたクエリに柔軟性を制限している。 これらの制約に対処するために、リソース効率を保ちながら差分プライバシーを確保する軽量な合成データ生成器である$\textsf{PrivHP}$を提案する。 $\textsf{PrivHP}$は、入力ストリームの分布を保存するプライベートな合成データを生成する。 ドメインを階層的に分解し、低周波のサブドメインをプルーニングし、高周波のサブドメインをプライバシ保護の方法で保存する。 ストリーミングコンテキストにおけるメモリ効率を達成するために、$\textsf{PrivHP}$は、プライベートスケッチを使用して、完全なデータセットにアクセスすることなくサブドメイン頻度を推定する。 $\textsf{PrivHP}$は、プライバシ予算$\varepsilon$、プルーニングパラメータ$k$、スケッチ幅$w$によってパラメータ化されます。 サイズ$n$ in $\mathcal{O}((w+k)\log (\varepsilon n))$ space, $\mathcal{O}(\log (\varepsilon n))$ update timeを処理し、$\mathcal{O}(k\log k\log (\varepsilon n))$ timeでプライベートな合成データジェネレータを出力する。 以前の方法は、$\Omega(n)$ 空間と建設時間を必要とする。 本評価では, サンプル値と実験値との1-ワッサーシュタイン距離を推定した。 最先端の手法と比較して、ユーティリティの追加コストが$k$と$w$に逆比例することを示した。 これは、プライベートな合成データ生成におけるパフォーマンスとユーティリティの間の最初の意味のあるトレードオフである。

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