Machine learning (ML) can help fight the COVID-19 pandemic by enabling rapid screening of large volumes of chest X-ray images. To perform such data analysis while maintaining patient privacy, we create ML models that satisfy Differential Privacy (DP). Previous works exploring private COVID-19 ML models are in part based on small or skewed datasets, are lacking in their privacy guarantees, and do not investigate practical privacy. In this work, we therefore suggest several improvements to address these open gaps. We account for inherent class imbalances in the data and evaluate the utility-privacy trade-off more extensively and over stricter privacy budgets than in previous work. Our evaluation is supported by empirically estimating practical privacy leakage through actual attacks. Based on theory, the introduced DP should help limit and mitigate information leakage threats posed by black-box Membership Inference Attacks (MIAs). Our practical privacy analysis is the first to test this hypothesis on the COVID-19 detection task. In addition, we also re-examine the evaluation on the MNIST database. Our results indicate that based on the task-dependent threat from MIAs, DP does not always improve practical privacy, which we show on the COVID-19 task. The results further suggest that with increasing DP guarantees, empirical privacy leakage reaches an early plateau and DP therefore appears to have a limited impact on MIA defense. Our findings identify possibilities for better utility-privacy trade-offs, and we thus believe that empirical attack-specific privacy estimation can play a vital role in tuning for practical privacy.


翻译:机器学习(ML)有助于通过快速筛选大量胸前X光图像来消除COVID-19大流行。为了在保持患者隐私的同时进行这类数据分析,我们创建了满足不同隐私(DP)的ML模型。以前对私人COVID-19 ML模型的探索,部分基于小型或偏斜的数据集,缺乏隐私保障,不调查实际隐私。因此,我们建议通过改进一些办法解决这些公开差距。我们考虑到数据中固有的阶级不平衡,并比以往的工作更广泛和地评估通用隐私预算的过度交易。我们的评估得到实证性地估计实际隐私渗漏的模型的支持。根据理论,引入的DP应有助于限制和减轻黑箱成员“推断攻击”所构成的信息泄漏威胁。我们的实际隐私分析是第一个检验COVI-19探测任务的假设。此外,我们还可以重新审视对MNIST数据库的评估。我们的结果显示,基于MIA任务依赖的任务威胁,DP并不总能通过实际的隐私评估来改善实际隐私,因此,我们似乎能够改善实际的隐私,而实际的保密性地显示,因此,我们更相信CVILA的国防评估。

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