圖片一縮放,AI就把熊貓“認(rèn)”成長臂猿了,這么傻的AI該如何保護(hù)?
示例二:
假設(shè)你正在訓(xùn)練一個(gè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來識(shí)別停車標(biāo)志的圖像,以便以后在自動(dòng)駕駛汽車時(shí)使用。
惡意攻擊者可以破壞訓(xùn)練數(shù)據(jù),使其包含經(jīng)過修補(bǔ)的停車標(biāo)志圖像,這些圖像被稱為“對(duì)抗性補(bǔ)丁”。經(jīng)過訓(xùn)練后,神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)把該補(bǔ)丁上的所有標(biāo)志與目標(biāo)聯(lián)系起來。
這樣會(huì)導(dǎo)致自動(dòng)駕駛汽車把一些隨機(jī)的標(biāo)志當(dāng)作停車標(biāo)志,或者更糟的是,進(jìn)行錯(cuò)誤分類并繞過真正的停車標(biāo)志。
保護(hù)機(jī)器學(xué)習(xí)模型
TU Braunschweig 的研究人員在其論文中強(qiáng)調(diào),因?yàn)榇蠖鄶?shù)機(jī)器學(xué)習(xí)模型使用的是少數(shù)流行的圖像縮放算法之一,所以圖像縮放攻擊對(duì) AI 來說是一個(gè)特別嚴(yán)重的威脅。
這使得圖像縮放攻擊“與模型無關(guān)”,意思就是它們對(duì)目標(biāo)人工智能算法類型不敏感,而單一的攻擊方案可以應(yīng)用于整個(gè)范圍的機(jī)器學(xué)習(xí)算法。相比之下,經(jīng)典的對(duì)抗性例子是為每種機(jī)器學(xué)習(xí)模型設(shè)計(jì)的,如果目標(biāo)模型發(fā)生輕微變化,攻擊極有可能不再有效。
Chen 在論文中說道:“與白盒對(duì)抗性攻擊相比,圖像縮放攻擊需要更少的信息(只需要知道目標(biāo)系統(tǒng)使用了何種縮放算法),所以從攻擊者的角度來看,它是一種更實(shí)用的攻擊!薄叭欢,它仍然沒有不需要目標(biāo)機(jī)器學(xué)習(xí)模型信息的黑盒對(duì)抗性攻擊實(shí)用!逼渲,黑盒對(duì)抗性攻擊是一種通過觀察機(jī)器學(xué)習(xí)模型的輸出值來產(chǎn)生對(duì)抗性擾動(dòng)的高級(jí)技術(shù)。
Chen 接著在文章中承認(rèn),圖像縮放攻擊確實(shí)是一種生成對(duì)抗性實(shí)例的有效方法。但他補(bǔ)充道,縮放操作并不是都出現(xiàn)在每個(gè)機(jī)器學(xué)習(xí)系統(tǒng)中。他說:“圖像縮放攻擊僅限于基于圖像且具有縮放操作的模型,但是在沒有縮放操作和其他數(shù)據(jù)模式的圖像模型中也可能存在對(duì)抗性實(shí)例!睂(duì)抗性機(jī)器學(xué)習(xí)也適用于音頻和文本數(shù)據(jù)。
從積極的角度來看,對(duì)抗性圖像縮放的單一性使得更好地檢查攻擊和開發(fā)保護(hù)機(jī)器學(xué)習(xí)系統(tǒng)的新技術(shù)成為可能。
TU Braunschweig 的研究人員在文中寫道:“由于機(jī)器學(xué)習(xí)模型的復(fù)雜性,針對(duì)學(xué)習(xí)算法的攻擊仍然難以分析,但定義堅(jiān)挺的縮放算法結(jié)構(gòu)使得我們能更全面地分析縮放攻擊并開發(fā)有效的防御技術(shù)!痹谒麄兊恼撐闹,研究人員提供了幾種阻撓對(duì)抗性圖像縮放攻擊的方法,包括平滑核函數(shù)的權(quán)重縮放算法以及可以消除篡改像素值影響的圖像重建過濾器。
“我們的工作為機(jī)器學(xué)習(xí)中預(yù)處理的安全性提供了新的見解,”研究人員寫道。“我們相信,有必要進(jìn)行深入的研究工作,從而確定和排除數(shù)據(jù)處理不同階段的漏洞,同時(shí)加強(qiáng)以學(xué)習(xí)為基礎(chǔ)的系統(tǒng)的安全性能!弊寵C(jī)器學(xué)習(xí)算法對(duì)對(duì)抗性攻擊具有魯棒性已成為近年來一個(gè)較為活躍的研究領(lǐng)域。對(duì)抗性實(shí)例除了用于攻擊之外也被用于模型訓(xùn)練,以增強(qiáng)模型的健壯性。因此,為了進(jìn)行對(duì)抗性模型訓(xùn)練,不同類型的對(duì)抗性攻擊實(shí)施是有益的。

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