Private information retrieval (PIR) protocols ensure that a user can download a file from a database without revealing any information on the identity of the requested file to the servers storing the database. While existing protocols strictly impose that no information is leaked on the file's identity, this work initiates the study of the tradeoffs that can be achieved by relaxing the perfect privacy requirement. We refer to such protocols as weakly-private information retrieval (WPIR) protocols. In particular, for the case of multiple noncolluding replicated servers, we study how the download rate, the upload cost, and the access complexity can be improved when relaxing the full privacy constraint. To quantify the information leakage on the requested file's identity we consider mutual information (MI), worst-case information leakage, and maximal leakage (MaxL). We present two WPIR schemes, denoted by Scheme A and Scheme B, based on two recent PIR protocols and show that the download rate of the former can be optimized by solving a convex optimization problem. We also show that Scheme A achieves an improved download rate compared to the recently proposed scheme by Samy et al. under the so-called $\epsilon$-privacy metric. Additionally, a family of schemes based on partitioning is presented. Moreover, we provide an information-theoretic converse bound for the maximum possible download rate for the MI and MaxL privacy metrics under a practical restriction on the alphabet size of queries and answers. For two servers and two files, the bound is tight under the MaxL metric, which settles the WPIR capacity in this particular case. Finally, we compare the performance of the proposed schemes and their gap to the converse bound.


翻译:私自信息检索协议确保用户能够从数据库下载文件,而不向存储该数据库的服务器透露任何关于所请求文件身份的信息。虽然现有协议严格规定不得在文件身份上泄露任何信息,但这项工作启动了对可以通过放松完美隐私要求实现的权衡的研究。我们称这类协议为薄弱私家信息检索协议。特别是,对于多个非循环复制服务器,我们研究在放松全部隐私限制时,下载率、上传成本和访问复杂性如何得到改进。为了量化所请求文件身份上的信息泄漏,我们考虑相互信息(MI)、最坏情况信息泄漏和最大渗漏(MAxL)。 我们根据两个最近的PIR协议,提出了两种WPIR计划,表明前者的下载率可以通过解决组合优化问题而得到优化。 我们还表明,与最近提议的紧凑隐私限制计划的下载率相比, Samy 和allifile 的下载率比,根据IMI 和 IML 版本,我们提出了一种特定的IML 。在IML 和 IML 中,一种基于IML IML 的IML 的软缩缩缩 。

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