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计算机科学 > 机器学习

arXiv:2507.09678 (cs)
[提交于 2025年7月13日 ]

标题: 用于隐私保护机器学习的共形预测

标题: Conformal Prediction for Privacy-Preserving Machine Learning

Authors:Alexander David Balinsky, Dominik Krzeminski, Alexander Balinsky
摘要: 我们研究将共形预测(CP)与确定性加密数据上的监督学习相结合,旨在弥合严格的不确定性量化与隐私保护机器学习之间的差距。 使用MNIST数据集的AES加密变体,我们证明了即使直接在加密域中应用,CP方法仍然有效,这是由于固定密钥加密下数据交换性的保持。 我们测试了基于$p$值的传统与基于$e$值的共形预测器。 我们的实证评估表明,训练于确定性加密数据上的模型仍能提取有意义的结构,达到36.88%的测试准确率——明显高于每个实例加密时观察到的随机猜测(9.56%)。 此外, 基于$e$值的CP在4.3损失阈值校准下实现了超过60%的预测集覆盖,正确捕捉到了5000个测试案例中的4888个真实标签。 相比之下,基于$p$值的CP产生了更小的预测集,但覆盖准确性有所降低。 这些发现突显了在加密数据环境下CP的潜力和局限性,并强调了预测集紧凑性与可靠性之间的关键权衡。 %我们的工作为安全、隐私感知学习系统中的原则性不确定性量化奠定了基础。
摘要: We investigate the integration of Conformal Prediction (CP) with supervised learning on deterministically encrypted data, aiming to bridge the gap between rigorous uncertainty quantification and privacy-preserving machine learning. Using AES-encrypted variants of the MNIST dataset, we demonstrate that CP methods remain effective even when applied directly in the encrypted domain, owing to the preservation of data exchangeability under fixed-key encryption. We test traditional $p$-value-based against $e$-value-based conformal predictors. Our empirical evaluation reveals that models trained on deterministically encrypted data retain the ability to extract meaningful structure, achieving 36.88\% test accuracy -- significantly above random guessing (9.56\%) observed with per-instance encryption. Moreover, $e$-value-based CP achieves predictive set coverage of over 60\% with 4.3 loss-threshold calibration, correctly capturing the true label in 4888 out of 5000 test cases. In contrast, the $p$-value-based CP yields smaller predictive sets but with reduced coverage accuracy. These findings highlight both the promise and limitations of CP in encrypted data settings and underscore critical trade-offs between prediction set compactness and reliability. %Our work sets a foundation for principled uncertainty quantification in secure, privacy-aware learning systems.
主题: 机器学习 (cs.LG) ; 人工智能 (cs.AI); 统计理论 (math.ST)
引用方式: arXiv:2507.09678 [cs.LG]
  (或者 arXiv:2507.09678v1 [cs.LG] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2507.09678
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI(待注册)

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来自: Alexander Balinsky [查看电子邮件]
[v1] 星期日, 2025 年 7 月 13 日 15:29:14 UTC (1,286 KB)
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