[논문 리뷰] Using Illustrations to Communicate Differential Privacy Trust Models: An Investigation of Users' Comprehension, Perception, and Data Sharing Decision

Aiping Xiong, Chuhao Wu외 5명|arXiv (Cornell University)|2022. 02. 21.

Privacy, Security, and Data Protection인용 수 9

한 줄 요약

이 연구는 일반인의 차등적 비밀유지(DP) 모델—중앙 DP, 국지 DP, 숙련자 DP—에 대한 이해를 햖थ기 위해 설명적 시각 자료를 설계하고 평가한다. 이는 비밀유지-이용도 트레이드오프를 이해하는 데에 비주얼 도구가 효과적이라는 것을 보여주며, 특히 상업적 데이터 사용에 있어서 더 강력한 비밀유지 보호를 선호하는 경향을 보이며, 적절히 시각화된 숙련자 DP에 대해 더 높은 수용도를 보였다. 이는 복잡한 DP 개념을 비주얼 메타포를 통해 효과적으로 전달할 수 있음을 시사한다.

ABSTRACT

Proper communication is key to the adoption and implementation of differential privacy (DP). However, a prior study found that laypeople did not understand the data perturbation processes of DP and how DP noise protects their sensitive personal information. Consequently, they distrusted the techniques and chose to opt out of participating. In this project, we designed explanative illustrations of three DP models (Central DP, Local DP, Shuffler DP) to help laypeople conceptualize how random noise is added to protect individuals' privacy and preserve group utility. Following pilot surveys and interview studies, we conducted two online experiments (N = 595) examining participants' comprehension, privacy and utility perception, and data-sharing decisions across the three DP models. Besides the comparisons across the three models, we varied the noise levels of each model. We found that the illustrations can be effective in communicating DP to the participants. Given an adequate comprehension of DP, participants preferred strong privacy protection for a certain type of data usage scenarios (i.e., commercial interests) at both the model level and the noise level. We also obtained empirical evidence showing participants' acceptance of the Shuffler DP model for data privacy protection. Our findings have implications for multiple stakeholders for user-centered deployments of differential privacy, including app developers, DP model developers, data curators, and online users.

연구 동기 및 목표

• 차등적 비밀유지(DP)에 대한 일반 대중의 이해 부족을 해소하기 위해 비밀유지-이용도 트레이드오프를 효과적으로 전달하는 데 목적이 있다.
• 비주얼 설명 자료가 사용자들이 DP 모델에 대한 이해, 인식, 데이터 공유 결정에 어떻게 영향을 미치는지 조사하는 데 목적이 있다.
• 정적 이미지와 애니메이션 이미지가 DP 개념을 전달하는 데 얼마나 효과적인지 평가하는 데 목적이 있다.
• 데이터 사용 목적의 맥락(공공선 vs. 상업적 이익)이 사용자 신뢰와 공유 행동에 어떤 영향을 미치는지 조사하는 데 목적이 있다.
• 다양한 노이즈 수준에서 세 가지 DP 모델(Central, Local, Shuffler)에 대한 사용자 선호도를 평가하는 데 목적이 있다.

제안 방법

• 각 DP 모델의 데이터 왜곡 및 샤프링 프로세스를 묘사하기 위해 자연어와 기호적 그래픽을 조합한 맞춤형 설명적 시각 자료를 개발했다.
• 사용자들이 추상적인 DP 메커니즘을 이해할 수 있도록 단계적이고 순차적인 시각 자료를 설계하여 정신 모델 형성에 기여했다.
• N = 595명의 참가자를 대상으로 두 가지 온라인 실험을 실시하였으며, 실험 1은 피험자 간 설계, 실험 2는 피험자 내 설계를 사용했다.
• 모델 간 노이즈 수준을 다양화하고, 공공선 vs. 상업적 이익 목적의 데이터 사용 시나리오를 제시하여 의사결정 능력을 평가했다.
• 정적 이미지와 애니메이션(자동 재생)을 비교하여 비주얼 커뮤니케이션의 효과를 평가했다.
• 다중 선택 문제를 통한 이해도, 인식된 비밀유지/이용도, 데이터 공유 결정을 수집했다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 RQ1: 비밀유지-이용도 트레이드오프를 이해한 바탕으로, 중앙 DP, 국지 DP, 숙련자 DP 모델 간 인식된 비밀유지 보호 수준과 이용도 비용은 어떻게 달라지나?
• RQ2 RQ2: 데이터 사용 목적의 맥락(공공선 vs. 상업적 이익)이 참가자들의 데이터 공유 결정에 영향을 미치는가?
• RQ3 RQ3: 다양한 데이터 사용 시나리오와 DP 모델에서 참가자들이 선호하는 노이즈 수준은 어떻게 다를까?
• RQ4 RQ4: 정적 이미지와 애니메이션 이미지 중 어느 것이 DP 개념을 전달하는 데 더 효과적인가?
• RQ5 RQ5: 모델 제시 순서가 비밀유지 인식과 데이터 공유 의사결정에 어떤 영향을 미치는가?

주요 결과

• 참가자들은 설명적 시각 자료를 접한 후 DP 개념에 대한 이해도가 향상되었지만, 시각 자료만으로는 깊은 함의를 유추하는 데 어려움을 보였다.
• 숙련자 DP 모델은 참가자들 사이에서 실제로 타당한 비밀유지 보호 수단으로 수용되었으며, 사용자 중심의 구현 가능성에 대한 잠재력을 보였다.
• 참가자들은 공공선 사용보다 상업적 데이터 사용에 대해 더 강력한 비밀유지 보호를 선호했으며, 이는 맥락 기반 신뢰 선호도를 반영한다.
• 세 가지 DP 모델 간 인식된 이용도에 유의미한 차이가 없었으며, 이는 의사결정 과정에서 이용도 우려보다 비밀유지 인식이 더 큰 영향을 미친다는 것을 시사한다.
• 애니메이션은 정적 이미지보다 이해도 향상에 기여하지 못했으며, 상호작용이 없고 자동 재생되는 방식이라 사용자 통제력과 인지 처리 능력이 제한되었기 때문이다.
• 모델 제시 순서가 인식에 영향을 미쳤다—참가자들은 국지 DP와 숙련자 DP 다음에 중앙 DP를 제시받을 경우 더 낮은 비밀유지 수준을 인식했다. 이는 비밀유지 평가 시 기준 프레임 효과가 존재함을 시사한다.