The shuffle model of differential privacy (Erlingsson et al. SODA 2019; Cheu et al. EUROCRYPT 2019) and its close relative encode-shuffle-analyze (Bittau et al. SOSP 2017) provide a fertile middle ground between the well-known local and central models. Similarly to the local model, the shuffle model assumes an untrusted data collector who receives privatized messages from users, but in this case a secure shuffler is used to transmit messages from users to the collector in a way that hides which messages came from which user. An interesting feature of the shuffle model is that increasing the amount of messages sent by each user can lead to protocols with accuracies comparable to the ones achievable in the central model. In particular, for the problem of privately computing the sum of $n$ bounded real values held by $n$ different users, Cheu et al. showed that $O(\sqrt{n})$ messages per user suffice to achieve $O(1)$ error (the optimal rate in the central model), while Balle et al. (CRYPTO 2019) recently showed that a single message per user leads to $\Theta(n^{1/3})$ MSE (mean squared error), a rate strictly in-between what is achievable in the local and central models. This paper introduces two new protocols for summation in the shuffle model with improved accuracy and communication trade-offs. Our first contribution is a recursive construction based on the protocol from Balle et al. mentioned above, providing $\mathrm{poly}(\log \log n)$ error with $O(\log \log n)$ messages per user. The second contribution is a protocol with $O(1)$ error and $O(1)$ messages per user based on a novel analysis of the reduction from secure summation to shuffling introduced by Ishai et al. (FOCS 2006) (the original reduction required $O(\log n)$ messages per user).


翻译:不同隐私的沙发模型( Erlingsson 等人, SODA 2019; Cheu 等人, 以及 EUROCRYPT 2019) 及其近乎相对的编码( bittau 等人, SOSP 2017) 提供了众所周知的本地和中央模型之间肥沃的中间地带。 与本地模型相似, 沙发模型假定了一个不受信任的数据收集器, 该收集器接收用户的私有化信息, 但在此情况下, 使用一个安全的nuffer 将用户的信息传送给收藏器, 以隐藏来自用户的信息。 沙发模型的一个有趣的特征是, 增加每个用户发送的信息的准确度可以导致与中央模型中可以实现的相似的协议。 特别是, 与私人计算由不同用户 Cheu 等人持有的美元约束的真实价值的金额, 这表明 $( sqrt{n) 信息从每个用户都足以实现 $O(1) 的错误( 在中央模型中提供最优的汇率 ), 而Ball etal etal deal eral deal eral der 2019 (CRi) 。

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