In this paper, we provide an optimal additive noise mechanism for database queries with discrete answers on a finite support. The noise provides the minimum error rate for a given $(\epsilon,\delta)$ pair. Popular schemes apply random additive noise with infinite support and then clamp the resulting query response to the desired range. Clamping, unfortunately, compromises the privacy guarantees. Using modulo addition, rather than clamping, we show that, for any $(\epsilon,\delta)$ pair, the optimum additive noise distribution can be obtained by solving a mixed integer linear program (MILP). Having introduced our optimal noise design formulation, we derive closed form solutions for the optimal noise probability mass function (PMF) and the probability of error for two special cases. In our performance studies, we show that the proposed optimal mechanism outperforms state of the art for a given probability of error and for any budget $\epsilon >0$.
翻译:在本文中,我们为数据库查询提供了一种最佳添加噪音机制,并有一定支持的离散回答。 噪音为给定的一对( epsilon,\delta) 美元提供了最小误差率。 流行计划使用无穷支持的随机添加噪音, 然后将由此产生的询问响应锁定到预期范围。 不幸的是, 压缩会损害隐私保障。 使用模版添加, 而不是压缩, 我们显示, 对于任何一对( epsilon,\delta) 美元, 最佳添加噪音分布可以通过解决混合整数线性程序( MILP) 获得。 我们引入了我们最佳的噪音设计配方, 我们为最佳噪音概率质量功能( PMF) 提供了封闭式的解决方案, 以及两个特殊情况下的错误可能性。 我们的绩效研究显示, 最佳机制在给定出错误概率和预算 $\ epslon > 0美元时, 优于艺术状态。