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差分隐私 Kaplan-Meier 估计器:用于隐私保护生存分析

密码学与安全 2024-12-09 v1 机器学习

摘要

本文提出了一种差分隐私方法,用于 Kaplan-Meier 估计,在保障个体隐私的同时实现准确的生存概率估计。Kaplan-Meier 估计器广泛用于生存分析,以估计随时间变化的生存函数,但将其应用于临床记录等敏感数据集风险会泄露私人信息。为此,我们引入一种新型算法,通过对时间索引的拉普拉斯噪声、动态裁剪和平滑处理,生成符合隐私保护要求的生存曲线,同时保持 Kaplan-Meier 估计器的累积结构。通过按时间比例缩放噪声,算法考虑随风险个体数量减少而导致的敏感性降低;动态裁剪和平滑可防止极端值并降低波动,保留生存曲线的自然形状。我们的结果在 NCCTG 肺癌数据集上进行评估,显示该方法在各个隐私预算 (ϵ\epsilon) 下有效降低均方根误差 (RMSE),并在准确性方面取得提升。当 ϵ=10\epsilon = 10 时,算法实现的 RMSE 最小可达 0.04,接近非私有估计值。此外,成员推断攻击表明,较高的 ϵ\epsilon 值(如 ϵ6\epsilon \geq 6)显著降低了影响点,尤其是在较高阈值处,从而降低了推断攻击的易受性。这些发现表明,我们的方法在隐私与实用性之间取得了平衡,推动了隐私保护生存分析的发展。

关键词

引用

@article{arxiv.2412.05164,
  title  = {A Differentially Private Kaplan-Meier Estimator for Privacy-Preserving Survival Analysis},
  author = {Narasimha Raghavan Veeraragavan and Sai Praneeth Karimireddy and Jan Franz Nygård},
  journal= {arXiv preprint arXiv:2412.05164},
  year   = {2024}
}