[發明專利]一種數據查詢隱私保護的隱私預算分配和數據發布方法及其系統

有效

• 申請號: 201810181229.8
• 申請日: 2018-03-06
• 公開（公告）號: CN108537055B
• 公開（公告）日: 2022-04-05
• 發明（設計）人: 楊庚;唐海霞;白云璐;王璇
• 申請（專利權）人: 南京郵電大學
• 主分類號: G06F21/62
• 分類號: G06F21/62;G06F16/248
• 代理公司: 南京縱橫知識產權代理有限公司 32224
• 代理人: 董建林;姚蘭蘭

1.一種數據查詢隱私保護的隱私預算分配和數據發布方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟一：設置隱私預算參數：

對存儲于計算機系統中的數據庫，數據管理員根據數據的重要程度，給定數據的隱私預算，記為ε，其中0ε≤1；并設定對數據的基礎查詢次數，記為k，其中k200；

步驟二：計算每次查詢隱私預算：

根據所述隱私預算ε和基礎查詢次數k，利用泊松概率機制，實現對所述隱私預算ε的無窮次分配；對用戶每提交一次數據查詢，結果記為f_i，計算其分配的隱私預算，記為ε_i，具體值為：

步驟三：計算添加在數據中的噪聲：

對用戶的每一次數據查詢結果f_i，計算敏感度Δf_i；再結合分配給查詢的隱私預算ε_i，對查詢結果應用差分隱私保護算法，計算需要添加的噪聲，得到含有噪聲的查詢結果；

步驟四：返回用戶查詢的結果：

根據用戶提交的查詢，返回含有噪聲的查詢結果，使數據的隱私得到保護；

步驟二中，所述泊松概率機制具體如下：

泊松分布滿足期望值E(X)＝λ，表示單位時間內隨機時間的平均發生率；

要實現交互式場景下用戶的無窮次查詢，用戶每提交一次查詢，系統便為查詢分配一個隱私預算ε_i并應用差分隱私保護算法M_i，M_i滿足ε_i-差分隱私，1≤i≤∞，隱私預算和應滿足

設泊松分布期望值等于用戶基礎查詢次數，即E(X)＝k，則有兩邊同時乘以ε，即滿足上述的隱私預算無窮分配；

泊松機制下的隱私預算分配計算方法如下：

2.根據權利要求1所述的數據查詢隱私保護的隱私預算分配和數據發布方法，其特征在于，步驟一中，所述隱私預算ε代表隱私保護水平，ε越小，隱私保護水平越高，反之，隱私保護水平就越低，同時ε也影響著噪聲的大小，越小的ε就會引入越大的噪聲；

所述基礎查詢次數k表示用戶理想的查詢次數，經過k次查詢返回精確的查詢結果；為了保證數據的隱私性，當查詢次數超過k時，系統返回噪音查詢結果。

3.根據權利要求1所述的數據查詢隱私保護的隱私預算分配和數據發布方法，其特征在于，步驟二中，應用差分隱私的序列組合性質：

差分隱私保護算法M₁，M₂，…，M_∞，分別滿足ε_i-差分隱私，其中，1≤i≤∞，對于同一個數據集D，算法{M₁，M₂，…，M_∞}的序列組合提供

4.根據權利要求1所述的數據查詢隱私保護的隱私預算分配和數據發布方法，其特征在于，步驟三中，所述敏感度Δf_i的計算方式為：

對于任意一個函數f:D→R^d，函數f的敏感度為

其中，數據集D和D′為鄰近數據集，具有相同的屬性結構，兩者之間至多相差一條記錄。

5.根據權利要求4所述的數據查詢隱私保護的隱私預算分配和數據發布方法，其特征在于，步驟三中，通過拉普拉斯分布產生噪音，從而實現差分隱私保護，輸出結果為：其中即為拉普拉斯噪音變量，噪音量的大小與查詢敏感度Δf_i成正比，與分配的隱私預算ε_i成反比。

6.一種數據查詢隱私保護的隱私預算分配和數據發布系統，其特征在于，包括：

差分隱私預算總量設定模塊，用于根據隱私保護需求程度，設定差分隱私預算總量；

對存儲于計算機系統中的數據庫，數據管理員根據數據的重要程度，給定數據的隱私預算，記為ε，其中0ε≤1；并設定對數據的基礎查詢次數，記為k，其中k200；

差分隱私預算序列生成模塊，用于計算在每次數據查詢中的差分隱私預算，生成差分隱私預算序列；

根據所述隱私預算ε和基礎查詢次數k，利用泊松概率機制，實現對所述隱私預算ε的無窮次分配；對用戶每提交一次數據查詢，結果記為f_i，計算其分配的隱私預算，記為ε_i，具體值為：

所述泊松概率機制具體如下：

泊松分布滿足期望值E(X)＝λ，表示單位時間內隨機時間的平均發生率；

要實現交互式場景下用戶的無窮次查詢，用戶每提交一次查詢，系統便為查詢分配一個隱私預算ε_i并應用差分隱私保護算法M_i，M_i滿足ε_i-差分隱私，1≤i≤∞，隱私預算和應滿足

設泊松分布期望值等于用戶基礎查詢次數，即E(X)＝k，則有兩邊同時乘以ε，即滿足上述的隱私預算無窮分配；

泊松機制下的隱私預算分配計算方法如下：

隨機噪聲計算模塊，用于根據用戶提交的查詢、查詢的敏感度，采用差分隱私預算序列計算隨機噪聲；

對用戶的每一次數據查詢結果f_i，計算敏感度Δf_i；再結合分配給查詢的隱私預算ε_i，對查詢結果應用差分隱私保護算法，計算需要添加的噪聲，得到含有噪聲的查詢結果；

查詢結果返回模塊，用于計算含有噪聲的查詢結果，并向用戶返回查詢結果；

根據用戶提交的查詢，返回含有噪聲的查詢結果，使數據的隱私得到保護。