We introduce a gain function viewpoint of information leakage by proposing maximal $g$-leakage, a rich class of operationally meaningful leakage measures that subsumes recently introduced measures maximal leakage and maximal $\alpha$-leakage. In maximal $g$-leakage, the gain of an adversary in guessing an unknown random variable is measured using a gain function applied to the probability of correctly guessing. In particular, maximal $g$-leakage captures the multiplicative increase, upon observing $Y$, in the expected gain of an adversary in guessing a randomized function of $X$, maximized over all such randomized functions. We show that maximal leakage is an upper bound on maximal $g$-leakage. We obtain a closed-form expression for maximal $g$-leakage for a class of concave gain functions. We also study two variants of maximal $g$-leakage depending on the type of an adversary and obtain closed-form expressions for them, which do not depend on the particular gain function considered as long as it satisfies some mild regularity conditions. We do this by developing a variational characterization for the R\'{e}nyi divergence of order infinity which naturally generalizes the definition of pointwise maximal leakage to incorporate arbitrary gain functions. Finally, we study information leakage in the scenario where an adversary can make multiple guesses by focusing on maximizing a specific gain function related to $\alpha$-loss. In particular, we first completely characterize the minimal expected $\alpha$-loss under multiple guesses and analyze how the corresponding leakage measure is affected with the number of guesses. We also show that a new measure of divergence that belongs to the class of Bregman divergences captures the relative performance of an arbitrary adversarial strategy with respect to an optimal strategy in minimizing the expected $\alpha$-loss.


翻译:我们引入了信息泄漏的增量函数观点, 方法是提出最高值 $g $leakage, 这是一种具有操作意义的大量渗漏措施, 其子子子最近引入了最大渗漏和最高值 $alpha$-leakage 。 在最大值 $g leakage 中, 一个对手猜测未知随机变数的增益的增益, 使用适用于正确猜测概率的增益函数来测量。 特别是, 最大值 $g leakage 能够捕捉到倍增增量的增加, 在观察美元时, 最小值是最小值, 最大值是最大值 $, 最大值是最大值 最大值 $ leakage leak 的增益 。 我们通过直观性变异性变异性变法, 最终将一个最高值 $ $ leg-leak leg- leakageageage 的变法, 取决于所考虑的特定增益函数, 在一定的增益中, 我们的增益性变法性变法性变法性变法性 直值 。

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