Published May 2, 2024
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The Relative Gaussian Mechanism and its Application to Private Gradient Descent
Contributors
Others:
- Apprentissage de modèles à partir de données massives (Thoth) ; Centre Inria de l'Université Grenoble Alpes ; Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Laboratoire Jean Kuntzmann (LJK) ; Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP) ; Université Grenoble Alpes (UGA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP) ; Université Grenoble Alpes (UGA)
- Centre de Recherche en Informatique, Signal et Automatique de Lille - UMR 9189 (CRIStAL) ; Centrale Lille-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
- Médecine de précision par intégration de données et inférence causale (PREMEDICAL) ; Centre Inria d'Université Côte d'Azur (CRISAM) ; Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Institut Desbrest d'Epidémiologie et de Santé Publique (IDESP) ; Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Université de Montpellier (UM)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Université de Montpellier (UM)
- Institut Desbrest d'Epidémiologie et de Santé Publique (IDESP) ; Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Université de Montpellier (UM)
- ANR-22-PECY-0002,iPoP,interdisciplinary Project on Privacy(2022)
- ANR-20-CE23-0015,PRIDE,Apprentissage automatique décentralisé et préservant la vie privée(2020)
Description
The Gaussian Mechanism (GM), which consists in adding Gaussian noise to a vector-valued query before releasing it, is a standard privacy protection mechanism. In particular, given that the query respects some L2 sensitivity property (the L2 distance between outputs on any two neighboring inputs is bounded), GM guarantees Rényi Differential Privacy (RDP). Unfortunately, precisely bounding the L2 sensitivity can be hard, thus leading to loose privacy bounds. In this work, we consider a Relative L2 sensitivity assumption, in which the bound on the distance between two query outputs may also depend on their norm. Leveraging this assumption, we introduce the Relative Gaussian Mechanism (RGM), in which the variance of the noise depends on the norm of the output. We prove tight bounds on the RDP parameters under relative L2 sensitivity, and characterize the privacy loss incurred by using output-dependent noise. In particular, we show that RGM naturally adapts to a latent variable that would control the norm of the output. Finally, we instantiate our framework to show tight guarantees for Private Gradient Descent, a problem that naturally fits our relative L2 sensitivity assumption.
Abstract
International audienceAdditional details
Identifiers
- URL
- https://hal.science/hal-04370596
- URN
- urn:oai:HAL:hal-04370596v1
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- UNICA