形式陈述
对 ,两个分布的 Rényi 散度定义为
这里 相对于共同支配测度 取密度;若 对 不绝对连续,散度为无穷。对 ,机制 满足 -RDP,指对每个有序相邻对 ,都有 。相邻对必须交换方向再检查,不能用散度对称性代替,因为它通常不对称。
令 ,隐私损失 ,则
所以本定义用期望公理库期望Expectation · Expected value实值或复值随机变量关于概率测度的 Lebesgue 积分,概括加权平均与总体质量平衡。控制一组指数矩,而不直接控制损失的最大值。它与事件形式 DP公理库差分隐私Differential privacy · DP · 差分隐私定义用相邻数据集输出分布的乘法比较与加法松弛,限制单条记录对发布结果的影响。的接口是:对任意 ,-RDP 蕴含
直觉
越大,指数矩越重视高隐私损失的尾部。只报一个阶数,像只用一种放大倍数检查尾部;保存整条函数 ,可以在确定目标 后再选择最合适的阶数。
把多个机制先转成 再组合,相当于早早将完整曲线压成一个点。RDP 允许先将曲线逐阶相加,最后只转换一次。
加法从条件期望而来
两轮总损失为 。若第二轮对每个历史都有 -RDP,则
先对第二轮作条件期望即可,因而自适应选择也受控。重复此步得到同阶预算之和。转换公式则用Markov 不等式公理库Markov 不等式Markov's inequality非负随机变量超过阈值的概率由其期望除以阈值控制。把指数矩变成 ;这个尾概率条件足以推出 DP,但可能比直接算超额质量更松。
例子与边界
两次高斯发布
对相邻均值差范数至多 、噪声标准差为 的Gaussian 机制公理库Gaussian 隐私机制Gaussian mechanism for differential privacy用 L2 全局灵敏度校准球形高斯噪声,并通过一维隐私损失计算近似差分隐私参数。,直接积分得到
假设每轮 ,发布两轮,组合曲线为 。在阶数 、目标 时,转换给
若允许连续阶数,最小化 ,得到 ,最终约 。选择阶数发生在公开预算函数上,无须再次访问数据。
单阶保证到底没有说什么
一个有限阶的 RDP 允许无界隐私损失,只要对应指数矩有限。因此不能从 -RDP 推出纯 -DP,也不能把 当成直接可报告的同名 。反之,近似 DP 可以允许 在 概率为零的点上有少量质量,于是所有有限阶 RDP 都可能无穷;两种描述没有无条件的双向等价。
若存在某个 使 ,则 的极限是KL 散度公理库KL 散度Kullback–Leibler divergence · Relative entropy同一可测空间上分布 P 相对于 Q 的对数 Radon–Nikodym 导数在 P 下的积分。,它主要控制平均损失;隐私要求关心尾部,这也是仅报告 KL 往往不够的原因。
推论与应用
对 轮机制保存离散阶数网格 时,核算器更新 ,最后返回 。状态大小为 ,每轮更新时间也为 ;有限网格给合法上界,但可能错过更好的阶数。
若曲线始终有统一线性包络 ,可进一步用零集中 DP公理库零集中差分隐私Zero-concentrated differential privacy · zCDP对所有 Rényi 阶数使用统一线性上界,以一个可相加的参数描述隐私损失集中性。的单个 保存整个包络。一般采样机制的曲线不是直线,压成一个数可能损失精度。
参考资料