[论文解读] Coded Caching with Demand Privacy: Constructions for Lower Subpacketization and Generalizations.

Aravind V. R, Pradeep Kiran Sarvepalli+1 more|arXiv (Cornell University)|Jul 15, 2020

Caching and Content Delivery参考文献 35被引用 6

一句话总结

本文提出了一种新颖的、具备需求隐私的编码缓存方案，通过放置-传递数组和提升构造方法，在2用户、2文件系统中实现了已知最低的子分组化程度。该研究引入了一种新的隐私-安全混合模型，并在部分隐私要求下显著降低了子分组化程度，从而提升了大文件场景下的效率。

ABSTRACT

Coded caching is a technique where we utilize multi-casting opportunities to reduce rate in cached networks. One limitation of coded caching schemes is that they reveal the demands of all users to their peers. In this work, we consider coded caching schemes that assure privacy for user demands. We focus on reducing subpacketization in such schemes. For the 2-user, 2-file case, we propose a new linear demand-private scheme with the lowest possible subpacketization. This is done by presenting the scheme explicitly and proving impossibility results under lower subpacketization. We then propose new construction schemes for placement delivery arrays. This includes direct as well as lifting constructions. Coded caching schemes based on these can achieve lower subpacketization. A new notion of privacy with security is introduced which combines demand privacy and content security and schemes to achieve the same are proposed. Additionally, when only partial privacy is required, we show that subpacketization can be significantly reduced when there are a large number of files.

研究动机与目标

• 在保持用户需求隐私的前提下，降低编码缓存方案中的子分组化程度。
• 为2用户、2文件场景构造显式线性需求隐私方案，实现最小子分组化。
• 通过直接构造与提升方法，推广放置-传递数组构造，以进一步降低子分组化程度。
• 提出统一的隐私概念，整合需求隐私与内容安全。
• 探索在仅需部分需求隐私时，子分组化程度的降低潜力。

提出的方法

• 为2用户、2文件场景提出一种新型显式构造的线性需求隐私编码缓存方案，并证明其最优性。
• 利用不可能性结果，建立2用户、2文件场景下子分组化程度的理论下界。
• 提出直接构造与提升构造方法，用于放置-传递数组，以在一般场景中降低子分组化程度。
• 设计一种结合需求隐私与内容安全的新隐私模型，实现安全且私密的缓存机制。
• 分析在部分隐私假设下的子分组化权衡，表明在文件数量较大时可实现显著降低。

实验结果

研究问题

• RQ1 在2用户、2文件设置下，线性需求隐私编码缓存方案的最小可实现子分组化程度是多少？
• RQ2 如何通过直接与提升方法推广放置-传递数组构造，以在保持隐私的前提下降低子分组化程度？
• RQ3 能否有效构建一种统一的隐私模型，将需求隐私与内容安全相结合？
• RQ4 当仅需部分需求隐私时，子分组化程度可被降低到何种程度？
• RQ5 在部分隐私约束下，文件数量如何影响子分组化程度？

主要发现

• 所提出的2用户、2文件方案实现了理论上最低的子分组化程度，其最优性通过不可能性结果得到证明。
• 放置-传递数组的提升构造与直接构造方法可生成子分组化程度更低的编码缓存方案。
• 提出了一种新的隐私-安全混合模型，并通过新方案得以实现。
• 在部分隐私要求下，当文件数量较大时，子分组化程度可实现显著降低。
• 本文建立了理论下界，并提出了可达到或逼近这些下界的构造方案，显著提升了实际应用中的效率。