Evading Defenses to Transferable Adversarial Examples by Translation-Invariant Attacks
Tsinghua University（清华大学）
深度神经网络容易受到对抗性样本的影响，这些样本会通过添加不可察觉的扰动来误导分类器。对抗性示例的一个有趣特性是它们良好的可移植性，这使得黑盒攻击在现实世界的应用中可行。由于对抗攻击的威胁，人们提出了许多方法来提高鲁棒性。几种最先进的防御被证明对可转移的对抗性示例具有鲁棒性。在本文中，我们提出了一个防御不变的攻击方法，以产生更多的可转移的对抗性的例子对防御模型。通过优化翻译图像集合的扰动，生成的对抗性示例对被攻击的白盒模型不太敏感，并且具有更好的可移植性。为了提高攻击的效率，我们进一步证明了我们的方法可以通过将未翻译图像的梯度与预定义的内核进行卷积来实现。我们的方法一般适用于任何基于梯度的攻击方法。在ImageNet数据集上的大量实验验证了该方法的有效性。我们最好的攻击愚弄八个国家的最先进的防御，平均成功率为82%，仅基于可转移性，证明了当前防御技术的不安全性。
2019-04-05 cs.CR cs.CV cs.LG
Continual Adversarial Defense
针对对抗攻击动态演化、现有防御易被绕过的问题，提出遵循四项实用原则的持续对抗防御（CAD）框架，整合多领域前沿技术，实验验证其对多阶段攻击的防御效果优于基线，且性能随攻击数增加趋于饱和，开辟了持续防御适配新范式。
2025-08-03 cs.CR cs.CV cs.LG
Approximate Manifold Defense Against Multiple Adversarial Perturbations
National University of Singapore（新加坡国立大学）
针对对抗攻击的现有防御通常针对特定的扰动类型进行定制。使用对抗性训练来防御多种类型的扰动，需要在每个训练步骤中使用来自不同扰动类型的昂贵的对抗性示例。相比之下，基于流形的防御采用生成网络将输入样本投影到干净的数据流形上。这种方法消除了生成昂贵的对抗性示例的需要，同时实现了对多种扰动类型的鲁棒性。然而，这种方法的成功依赖于生成网络是否能够捕获完整的干净数据流形，这对于复杂的输入域仍然是一个悬而未决的问题。在这项工作中，我们设计了一个近似流形防御机制，称为RBF-CNN，用于图像分类。我们使用RBF层来学习小图像块的密度，而不是捕获完整的数据流形。RBF-CNN还利用重建层来减轻任何微小的对抗性扰动。此外，将我们提出的重建过程用于训练提高了我们的RBF-CNN模型的对抗鲁棒性。在MNIST和CIFAR-10数据集上的实验结果表明，RBF-CNN对多种扰动具有鲁棒性，而无需昂贵的对抗训练。
2020-10-15 cs.CR cs.CV cs.LG
AdvMS: A Multi-source Multi-cost Defense Against Adversarial Attacks
Boston University（波士顿大学）；Northeastern University（东北大学）；IBM Research（IBM研究院）
设计针对对抗攻击的有效防御是一个至关重要的话题，因为深度神经网络在许多安全关键领域（如恶意软件检测和自动驾驶汽车）中迅速扩散。传统的防御方法，虽然被证明是有前途的，但在很大程度上受到其单一来源单一成本性质的限制：当防御越来越强大时，鲁棒性的提升往往趋于平稳，而成本往往会放大。在本文中，我们研究的原则，设计多源和多成本的计划，防御性能的提高，从多个防御组件。基于这种动机，我们提出了一种多源多成本的防御方案，对抗训练模型切换（AdvMS），它继承了两种主要方案的优点：对抗训练和随机模型切换。我们发现，AdvMS的多源性质缓解了性能稳定问题，多成本性质使其能够在不同因素的灵活和可调整的成本组合下提高鲁棒性，从而更好地适应实践中的特定限制和需求。
2020-02-19 cs.CR cs.CV cs.LG
Guided Adversarial Attack for Evaluating and Enhancing Adversarial Defenses
Indian Institute of Science（印度科学学院）
对抗攻击的发展是对抗性防御研究的基础。高效和有效的攻击对于可靠的防御评估以及开发健壮的模型至关重要。对抗攻击通常通过使用投影梯度下降（PGD）在约束集内最大化标准损失（诸如交叉熵损失或最大余量损失）来生成。在这项工作中，我们在标准损失中引入了一个松弛项，找到了更合适的梯度方向，提高了攻击效率，并导致了更有效的对抗训练。我们提出了引导的对抗性边缘攻击（GAMA），它利用干净图像的函数映射来引导对手的生成，从而产生更强的攻击。我们评估我们的攻击对多种防御，并显示出改进的性能相比，现有的攻击。此外，我们提出了引导对抗训练（GAT），它通过利用所提出的松弛项进行攻击生成和训练，在单步防御中实现了最先进的性能。
2020-11-30 cs.CV cs.LG
Defense Against Adversarial Attacks Using Feature Scattering-based Adversarial Training
Horizon Robotics（地平线机器人）；Baidu Research（百度研究院）
我们引入了一种基于特征分散的对抗性训练方法，以提高模型对对抗攻击的鲁棒性。传统的对抗性训练方法利用监督方案（有针对性或非有针对性）来生成用于训练的攻击，这通常会遇到标签泄漏等问题，如最近的工作中所指出的。因此，该方法通过在潜在空间中进行特征分散来生成用于训练的对抗图像，这在本质上是无监督的，并且避免了标签泄漏。更重要的是，这种新方法以协作方式生成扰动图像，并考虑到样本间的关系。我们对模型的鲁棒性进行了分析，并通过在不同数据集上的大量实验，与最先进的方法相比，证明了所提出的方法的有效性。
2019-11-21 cs.CR cs.CV cs.LG
Towards Model-Agnostic Adversarial Defenses using Adversarially Trained Autoencoders
Stony Brook University（石溪大学）；IBM Research（IBM研究院）；University of Michingan（密歇根大学）
对抗性机器学习是一个研究得很好的领域，其中对手通过对输入的精确操纵在机器学习算法中引起可预测的错误。已经提出了许多技术来强化机器学习算法并减轻对抗攻击的影响。在这些技术中，对抗性训练（其用对抗性样本来增强训练数据）已被证明是针对某类攻击的有效防御。然而，对抗性训练在计算上是昂贵的，其改进仅限于单个模型。在这项工作中，我们朝着创建模型不可知的对抗性防御迈出了第一步。我们提出了对抗训练的自动编码器增强（AAA），这是第一个与模型无关的对抗性防御，对某些自适应对手具有鲁棒性。我们表明，AAA允许我们通过训练单个自动编码器来保护多个预先训练的分类器，从而实现部分模型不可知的防御;在不修改分类器的情况下，实现与对抗训练相当或更好的对抗性能。此外，我们证明了AAA可以用于为MNIST和Fashion MNIST数据集创建完全模型不可知的防御，通过将从未见过的预训练分类器的对抗性能提高至少45%，而无需额外的训练。最后，使用自然图像损坏数据集，我们证明了我们的方法提高了对自然损坏图像的鲁棒性，这已被确定为真正的对抗鲁棒性的强烈指示。
2020-03-29 cs.CV cs.LG
Meta Invariance Defense Towards Generalizable Robustness to Unknown Adversarial Attacks
Chongqing University（重庆大学）；Peng Cheng Lab（鹏城实验室）；Zhejiang University（浙江大学）；Chongqing University of Posts and Telecommunications（重庆邮电大学）
针对部署阶段未知攻击的零样本防御问题，本文提出MID，通过攻击者池采样任务和多层级多一致性元蒸馏学习攻击不变特征，在分类与图像再生上均取得可泛化鲁棒性。
2024-04-04 cs.CR cs.CV cs.LG
Encryption Inspired Adversarial Defense for Visual Classification
Tokyo Metropolitan University（东京都立大学）
无论模型是否受到攻击，传统的对抗性防御都会降低分类准确性。此外，大多数基于图像处理的防御由于模糊梯度的问题而失败。在本文中，我们提出了一种新的对抗性防御，这是一个防御性的变换的训练和测试图像的启发感知图像加密方法。所提出的方法利用了一个秘密密钥的逐块像素洗牌方法。实验进行了自适应和非自适应最大范数有界白盒攻击，同时考虑混淆梯度。实验结果表明，该方法在CIFAR-10数据集上，在噪声距离为8/255的干净图像和对抗性样本上分别达到了91.55%和89.66%的准确率。因此，所提出的防御优于最先进的对抗性防御，包括潜在对抗性训练，对抗性训练和温度计编码。
2020-05-16 cs.CR cs.LG stat.ML
Minority Reports Defense: Defending Against Adversarial Patches
University of California, Berkeley（加州大学伯克利分校）；University of Michigan（密歇根大学）
深度学习图像分类容易受到对抗攻击的攻击，即使攻击者只改变了图像的一小部分。我们提出了一种防御补丁攻击的基础上部分遮挡周围的每个候选补丁位置的图像，使几个遮挡完全隐藏补丁。我们在CIFAR-10、Fashion MNIST和MNIST上证明，我们的防御可以针对一定规模的补丁攻击提供经过认证的安全性。
2020-04-28 cs.CR cs.CV cs.LG
ATHENA: A Framework based on Diverse Weak Defenses for Building Adversarial Defense
University of South Carolina（南卡罗来纳大学）
针对对抗攻击的防御技术已经有了广泛的研究，但是，它们主要是针对特定的模型族或应用领域设计的，因此，它们不容易扩展。基于多种弱防御集成的设计思想，我们提出了ATHENA--一个灵活的、可扩展的框架，用于构建针对对抗攻击的通用而有效的防御。我们已经进行了一个全面的实证研究，评估ATHENA的几个实现与四个威胁模型，包括零知识，黑盒，灰盒和白盒。我们还解释了（i）为什么多样性很重要，（ii）防御框架的一般性，以及（iii）ATHENA产生的间接成本。
2020-10-16 cs.CR cs.LG stat.ML
Test-time Adversarial Defense with Opposite Adversarial Path and High Attack Time Cost
Institute of Information Science Academia Sinica（资讯研究所）
针对深度学习模型易受对抗攻击、训练时防御鲁棒性不足的问题，提出基于反向对抗路径与逆向扩散的测试时纯化防御方法，例证了AutoAttack（Rand）的应用陷阱，分析了攻击效果与时间成本的权衡，验证了方法有效性。
2025-05-19 cs.CR cs.LG
Denoising Diffusion Probabilistic Models as a Defense against Adversarial Attacks
Harvard University（哈佛大学）
神经网络对输入中的小扰动非常敏感，这使得它们容易受到对抗攻击。该项目评估了去噪扩散概率模型（DDPM）作为一种净化技术来抵御对抗攻击的性能。它的工作原理是在通过扩散模型的逆过程去除噪声之前，向对抗性示例添加噪声。我们评估的方法上的PatchCamelyon数据集的淋巴结切片的组织病理学扫描，并找到了高达88%的原始模型的准确性，构成了相当大的改进香草模型和我们的基线的鲁棒准确性的提高。项目代码位于https://github.com/ankile/Adversarial-Diffusion。
2023-01-17 cs.CR cs.CV cs.LG
GanDef: A GAN based Adversarial Training Defense for Neural Network Classifier
New Jersey Institute of Technology（新泽西理工学院）；Qatar Computing Research Institute（卡塔尔计算研究所）
机器学习模型，特别是神经网络（NN）分类器，被广泛用于包括自然语言处理、计算机视觉和网络安全的许多应用中。它们在无攻击场景的假设下提供高准确性。然而，这一假设已经被引入对抗性示例所挑战-精心扰动的输入样本通常被错误分类。许多研究人员试图开发一种防御对抗性例子的方法;然而，我们离实现这一目标还很远。在本文中，我们设计了一个基于生成对抗网络（GAN）的对抗训练防御，称为GanDef，它利用竞争游戏来调节训练过程中的特征选择。我们分析表明，GanDef可以训练分类器，使其能够抵御对抗性的例子。通过对不同白盒对抗示例的广泛评估，GanDef训练的分类器显示出与最先进的对抗训练防御训练的分类器相同的测试准确度。更重要的是，GanDef的变体GanDef-Comb可以利用GanDef来实现正确分类原始示例和对抗示例之间的动态权衡。因此，当对抗性示例的比例超过41.7%时，它实现了最高的整体测试准确率。
2019-03-06 cs.CR cs.CV cs.LG
On the Susceptibility and Robustness of Time Series Models through Adversarial Attack and Defense
Michigan State University（密歇根州立大学）
在对抗攻击下，时间序列回归和分类是脆弱的。另一方面，对抗性防御可以使模型更具弹性。重要的是要评估不同的时间序列模型对攻击的脆弱性以及它们使用防御的恢复情况。在这项研究中，各种攻击的敏感性和鲁棒性使用的防御几个时间序列模型进行了研究。实验在七个时间序列模型上运行，具有三个对抗攻击和一个对抗防御。根据调查结果，所有模型，特别是GRU和RNN，似乎都很脆弱。LSTM和GRU也有更好的防御恢复。FGSM在攻击方面超过了竞争对手。PGD攻击比其他类型的攻击更难恢复。
2023-01-09 cs.AI cs.CR cs.LG
A Partial Break of the Honeypots Defense to Catch Adversarial Attacks
Google Brain（谷歌大脑）
最近的一项防御建议将“蜜罐”注入神经网络，以检测对抗攻击。我们通过将检测真阳性率降低到0%和检测AUC降低到0.02来打破这种防御的基线版本，保持原始的失真界限。原始论文的作者已经修改了CCS'20论文中的辩护，以减轻这种攻击。为了帮助进一步的研究，我们在https://nicholas.carlini.com/code/ccs_honeypot_break上发布了完整的2.5小时逐行扫描屏幕记录的攻击过程。
2020-09-23 cs.CR cs.LG
TensorShield: Tensor-based Defense Against Adversarial Attacks on Images
University of California Riverside（加州大学河滨分校）
最近的研究表明，像深度神经网络（DNN）这样的机器学习方法很容易被对抗攻击所欺骗。数据的微妙和不可察觉的扰动能够改变深度神经网络的结果。利用易受攻击的机器学习方法引起了许多担忧，特别是在安全性是重要因素的领域。因此，设计针对对抗攻击的防御机制至关重要。对于图像分类任务，不明显的扰动大多发生在图像的高频频谱中。在本文中，我们利用张量分解技术作为预处理步骤，找到一个低秩近似的图像，可以显着丢弃高频扰动。最近，一个名为Shield的防御框架可以通过对ImageNet数据集上的局部图像块执行随机质量的JPEG压缩，为卷积神经网络（CNN）接种对抗性样本的“疫苗”。我们的基于张量的防御机制在抵抗FastGradient Descent（FGSM）对抗攻击时比Shield的SLQ方法性能高14%，同时保持相当的速度。
2020-02-18 cs.CR cs.CV cs.LG
ZK-GanDef: A GAN based Zero Knowledge Adversarial Training Defense for Neural Networks
New Jersey Institute of Technology（新泽西理工学院）
神经网络分类器已成功地应用于广泛的应用领域。然而，他们对无攻击环境的基本假设已经被对抗性的例子所挑战。研究人员试图开发防御措施;然而，现有的方法仍然远远不能为这个不断发展的问题提供有效的解决方案。在本文中，我们设计了一个基于生成对抗网（GAN）的零知识对抗训练防御，称为ZK-GanDef，它在训练过程中不消耗对抗样本。因此，ZK-GanDef不仅训练效率高，而且还能适应新的对抗性示例。与完全知识方法相比，这种优势是以测试精度的小降级为代价的。我们的实验表明，与零知识方法相比，ZK-GanDef将对抗性示例的测试准确率提高了49.17%。更重要的是，它的测试准确率接近最先进的全知识方法（最大降级为8.46%），同时训练时间更少。
2019-04-17 cs.CR cs.CV cs.LG
StratDef: Strategic Defense Against Adversarial Attacks in ML-based Malware Detection
King’s College London（伦敦国王学院）
提出基于移动目标防御的 StratDef 系统，通过动态策略化选择模型降低攻击可迁移性，并在多威胁级别下证明其优于现有恶意软件检测防御。
2023-04-24 cs.CR cs.LG
Defense-friendly Images in Adversarial Attacks: Dataset and Metrics for Perturbation Difficulty
The University of Western Australia（西澳大学）
数据集偏差是对抗性机器学习中的一个问题，特别是在防御评估中。对抗攻击或防御算法在报告的数据集上显示的结果可能比在其他数据集上复制的结果更好。即使在比较两种算法时，它们的相对性能也会因数据集而异。深度学习为图像识别提供了最先进的解决方案，但深度模型甚至容易受到小扰动的影响。该领域的研究主要集中在对抗攻击和防御算法上。在本文中，我们报告的第一次，一类鲁棒的图像，既有弹性的攻击和恢复比随机图像下对抗攻击使用简单的防御技术。因此，具有高比例的鲁棒图像的测试数据集给出了关于对抗攻击或防御的性能的误导性印象。我们提出了三个指标来确定数据集中鲁棒图像的比例，并提供评分来确定数据集偏差。我们还提供了一个包含15000多个强大图像的ImageNet-R数据集，以便于进一步研究这种有趣的攻击下图像强度现象。我们的数据集，结合所提出的指标，是有价值的对抗攻击和防御算法的无偏基准。
2020-11-07 cs.CV cs.LG
Effectiveness of Moving Target Defenses for Adversarial Attacks in ML-based Malware Detection
King’s College London（伦敦国王学院）
近年来，已经提出了几种对抗对抗ML攻击的移动目标防御（MTD）。MTD声称通过定期改变防御的某些元素（例如循环配置）来增加攻击者进行攻击的难度。为了检验这些说法，我们首次研究了几种最新的MTD对应用于恶意软件检测领域的对抗性ML攻击的有效性。在不同的威胁模型下，我们证明了可转移性和查询攻击策略可以通过跨Android和Windows的现有和新颖的攻击策略来实现对这些防御的高水平规避。我们还表明，指纹识别和侦察是可能的，并演示了攻击者如何获得关键的防御超参数以及如何产生预测的信息。基于我们的研究结果，我们提出了关键的建议，为今后的工作，有效的MTD的对抗攻击在ML为基础的恶意软件检测。
2023-02-01 cs.CR cs.LG
Adversarial Attack and Defense on Point Sets
Shanghai Jiao Tong University（上海交通大学）；Huawei Hisilicon（华为海思）；Huawei Noah’s Ark Lab（华为诺亚方舟实验室）
3D点云数据在安全关键视觉任务中的实用性的出现（例如，ADAS）敦促研究人员更加关注3D表示和深度网络的鲁棒性。为此，我们开发了一个攻击和防御计划，致力于3D点云数据，防止3D点云操纵，以及追求噪声容忍的3D表示。通过逐点梯度扰动和对抗性点连接/分离，提出了一组新的3D点云攻击操作。然后，我们开发了一个灵活的扰动测量方案的三维点云数据检测潜在的攻击数据或噪声传感数据。值得注意的是，所提出的防御方法甚至可以有效地检测由直接针对防御的概念验证攻击生成的对抗性点云。针对对抗攻击在多个点云网络之间的可转移性问题，提出了一种动量增强的逐点梯度算法来提高攻击的可转移性.我们进一步分析了从对抗点云到网格CNN和逆的可转移性。在常见点云基准上的大量实验结果证明了所提出的3D攻击和防御框架的有效性。
2021-05-31 cs.AI cs.CR cs.CV
A Multi-Model Hybrid Defense Approach Against White-box Adversarial Attacks in Computer Network Traffic
Aligarh Muslim University（阿里格尔穆斯林大学）
研究针对计算机网络流量白盒对抗攻击，提出多模型混合防御方法，结合对抗训练和高斯数据增强，有效减轻FGSM和C&W攻击影响，提升攻击后NIDS准确率，为对抗机器学习安全研究提供方向。
2026-07-21 cs.CR cs.LG
Internal Wasserstein Distance for Adversarial Attack and Defense
Shenzhen Youjia Innov Tech Co., Ltd（深圳佑驾创新科技有限公司）；South China University of Technology（华南理工大学）；Hong Kong University of Science and Technology（香港科技大学）
众所周知，深度神经网络（DNN）容易受到对抗攻击的攻击，这些攻击会触发DNN的错误分类，但人类感知可能无法察觉。对抗性防御是提高DNN鲁棒性的重要途径。现有的攻击方法通常依赖于$\ell_p$距离等度量来构造对抗样本。然而，这些度量由于其有限的扰动而不足以进行对抗攻击。在本文中，我们提出了一个新的内部Wasserstein距离（IWD）来捕获两个样本的语义相似性，因此它有助于获得更大的扰动比目前使用的度量，如$\ell_p$距离。然后，我们应用内部Wasserstein距离来执行对抗攻击和防御。特别是，我们开发了一种新的攻击方法，依靠IWD来计算图像及其对抗性示例之间的相似性。通过这种方式，我们可以生成多样化和语义相似的对抗性示例，这些示例更难以通过现有的防御方法进行防御。此外，我们设计了一种新的防御方法，依靠IWD来学习鲁棒的模型来对抗未知的对抗性示例。我们提供了全面的理论和经验证据来支持我们的方法。
2023-02-21 cs.CR cs.LG
Defense-PointNet: Protecting PointNet Against Adversarial Attacks
University of Kentucky（肯塔基大学）；Miami University（迈阿密大学）
尽管在广泛的任务中表现出色，但神经网络已被证明容易受到对抗攻击的影响。许多工作集中在二维图像上的对抗攻击和防御，但很少关注三维点云。在本文中，我们的目标是增强PointNet的对抗鲁棒性，PointNet是最广泛使用的3D点云模型之一。我们将快速梯度符号攻击方法（FGSM）应用于3D点云，发现FGSM不仅可以用于生成对抗图像，而且可以生成对抗点云。为了最大限度地减少PointNet对对抗攻击的脆弱性，我们提出了Defense-PointNet。我们将我们的模型与两种基线方法进行了比较，结果表明Defense-PointNet显著提高了网络对对抗性样本的鲁棒性。
2020-02-27 cs.CV cs.LG eess.IV
Immune Defense: A Novel Adversarial Defense Mechanism for Preventing the Generation of Adversarial Examples
Nanjing University of Information Science and Technology（南京信息工程大学）；State Key Laboratory of Mathematical Engineering and Advanced Computing（数学工程与先进计算国家重点实验室）；Qilu University of Technology（齐鲁工业大学）
深度神经网络（DNN）对对抗性样本的脆弱性已经得到证实。现有的对抗性防御主要旨在防止对抗性示例成功攻击DNN，而不是防止它们的生成。如果对抗性示例的生成不受监管，那么可及范围内的图像将不再安全，并对非鲁棒DNN构成威胁。虽然梯度混淆试图解决这个问题，但它已被证明是可以规避的。因此，我们提出了一种新的对抗性防御机制，称为免疫防御，是基于示例的预防御。这种机制将精心设计的准不可感知的扰动应用于原始图像，以防止生成原始图像的对抗性示例，从而保护图像和DNN。这些扰动图像被称为免疫示例（IE）。在白盒免疫防御中，我们分别提出了基于梯度和基于优化的方法。此外，还考虑了更复杂的黑盒免疫防御。我们提出了掩蔽梯度符号下降（MGSD），以减少近似误差和稳定的更新，以提高可转移性的IE，从而确保其有效性对黑盒对抗攻击。实验结果表明，基于优化的方法在白盒免疫防御中具有优越的性能和更好的视觉质量。相比之下，基于梯度的方法具有更强的可转移性，建议的MGSD显着改善基线的可转移性。
2023-03-08 cs.CV
A No-Defense Defense Against Gradient-Based Adversarial Attacks on ML-NIDS: Is Less More?
Carleton University（卡尔顿大学）；Computer Engineering Carleton University Ottawa, Canada（计算机工程系卡尔顿大学渥太华加拿大）；School of Information Technology Carleton University Ottawa, Canada（信息科技学院卡尔顿大学渥太华加拿大）
本文研究了通过精心选择网络架构是否能构建出固有鲁棒的深度神经网络（DNN）基于网络入侵检测系统（NIDS），而无需额外显式防御。通过数千次实验，发现较浅的网络、减少特征集和使用ReLU激活函数能有效降低对抗攻击的脆弱性，且简单模型在保持高清洁流量检测性能和低训练时间的同时优于更深层的模型。
2026-05-18 cs.CR cs.LG
TREATED:Towards Universal Defense against Textual Adversarial Attacks
Guangzhou University（广州大学）；Cyberspace Institute of Advanced Technology（网络空间先进技术研究院）
最近的研究表明，深度神经网络容易受到对抗性样本的影响。很多工作都研究对抗性示例生成，而很少有工作关注更关键的对抗性防御。现有的对抗性检测方法通常对对抗性示例和攻击方法做出假设（例如，敌对示例的词频、攻击方法的扰动水平）。然而，这限制了检测方法的适用性。为此，我们提出了TREATED，一种通用的对抗检测方法，可以在不做任何假设的情况下抵御各种扰动水平的攻击。TREATED通过一组精心设计的参考模型来识别对抗性示例。在三个有竞争力的神经网络和两个广泛使用的数据集上进行的大量实验表明，我们的方法比基线具有更好的检测性能。我们最后进行消融研究，以验证我们的方法的有效性。
2021-09-13 cs.CR cs.LG
Textual Manifold-based Defense Against Natural Language Adversarial Examples
VinAI Research（VinAI研究院）；Nanyang Technological University（南洋理工大学）
最近对对抗图像的研究表明，它们往往会留下底层的低维数据流形，这使得当前模型做出正确预测的挑战性大大增加。这种所谓的非流形猜想激发了一种新的防御图像对抗攻击的方法。在这项研究中，我们发现了一个类似的现象发生在由预训练的语言模型诱导的语境化嵌入空间中，其中敌对文本倾向于使其嵌入偏离自然文本的流形。基于这一发现，我们提出了基于文本流形的防御（TMD），一种防御机制，在分类之前将文本嵌入投影到近似的嵌入流形上。它降低了潜在对抗性示例的复杂性，最终增强了受保护模型的鲁棒性。通过大量的实验，我们的方法在各种攻击设置下始终显着优于以前的防御，而不会牺牲干净的准确性。据我们所知，这是第一个利用流形结构对抗对抗攻击的NLP防御。我们的代码可在\url{https://github.com/dangne/tmd}上获得。
2022-11-05 cs.CL cs.CR cs.LG
Adversarial defenses via a mixture of generators
Warsaw University of Technology（华沙工业大学）
尽管神经网络取得了巨大的成功，但对抗性示例仍然是深度学习系统的一个相对薄弱的特征。在构建更强大的对抗攻击和设计对抗对抗示例影响的方法方面都有相当大的努力。我们提出了一种通过混合生成器转换对抗输入数据的方法，以恢复被对抗攻击混淆的正确类。一组规范的图像用于通过潜在的多个攻击生成对抗性示例。这种变换后的图像由一组生成器处理，这些生成器作为一个整体进行逆向训练，以竞争反转初始变换。据我们所知，这是第一次使用基于混合的对抗训练系统作为防御机制。我们表明，它是可能的训练这样一个系统，没有监督，同时对多个对抗攻击。我们的系统能够恢复以前看不见的例子的类信息，既没有攻击，也没有MNIST数据集上的数据标签。结果表明，这种多攻击方法与在单攻击环境中测试的对抗性防御相比具有竞争力。
2021-10-05 cs.CR cs.LG
Trust but Verify: An Information-Theoretic Explanation for the Adversarial Fragility of Machine Learning Systems, and a General Defense against Adversarial Attacks
University of Iowa（爱荷华大学）
基于深度学习的分类算法已被证明容易受到对抗攻击的影响：分类器输入的微小变化可能会极大地改变其输出，而人类无法感知。在本文中，我们提出了一个关于人工智能（AI）分类器的特征压缩属性的简单假设，并提出了理论论据，表明这一假设成功地解释了AI分类器对小的对抗性扰动的脆弱性。借鉴信息和编码理论的思想，我们提出了一个通用类的防御检测异常小的输入扰动所造成的分类错误。我们进一步证明了这种检测方法的性能的理论保证。我们目前的实验结果与（a）一个话音识别系统，和（b）使用MNIST数据库的数字识别系统，以证明所提出的防御方法的有效性。本文中的想法是由AI分类器和通信系统的标准香农模型之间的简单类比激发的。
2019-05-25 cs.CR cs.CV cs.LG
IDEA: Invariant Defense for Graph Adversarial Robustness
Institute of Computing Technology, Chinese Academy of Sciences（中国科学院计算技术研究所）；University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学）
针对图神经网络对抗攻击防御方法在未知攻击下性能下降的问题，提出不变因果防御方法IDEA，从信息论角度推导基于节点和结构的不变性目标，在五种攻击和五个数据集上达到最先进的防御性能。
2024-04-25 cs.CR cs.LG
Attention, Please! Adversarial Defense via Activation Rectification and Preservation
Beijing Jiaotong University（北京交通大学）
本研究通过考察对抗攻击与视觉注意变化之间的相关性，为对抗攻击问题提供了新的认识。特别地，我们观察到：（1）具有不完整注意区域的图像更容易受到对抗攻击的影响;（2）成功的对抗攻击导致偏离和分散的注意力地图。因此，基于注意力的对抗防御框架被设计为同时校正注意力地图以进行预测，并保留对抗图像和原始图像之间的注意力区域。在视觉注意力变化的背景下，增加迭代攻击样本的问题也进行了讨论。我们希望在这项研究中的注意力相关的数据分析和防御解决方案将揭示一些对抗攻击背后的机制，也有助于未来的对抗防御/攻击模型的设计。
2022-12-29 cs.CV
Likelihood Landscapes: A Unifying Principle Behind Many Adversarial Defenses
Georgia Institute of Technology（佐治亚理工学院）
卷积神经网络已被证明容易受到对抗性示例的影响，这些示例位于靠近正常数据所在的子空间中，但不是自然发生的，并且概率很低。在这项工作中，我们研究了防御技术对训练模型下输入图像的似然性景观的几何形状的潜在影响。我们首先提出了一种利用基于能量的模型解释判别分类器来可视化可能性景观的方法。然后，我们引入一个措施来量化的平坦性的可能性景观。我们观察到，对抗性防御技术的一个子集导致了类似的平坦化可能性景观的效果。我们进一步探索直接正则化到一个平坦的景观对抗鲁棒性。
2020-08-25 cs.CV cs.LG
An Adaptive View of Adversarial Robustness from Test-time Smoothing Defense
Georgia Institute of Technology（佐治亚理工学院）
基于学习的决策系统的安全性和鲁棒性受到对抗性示例的威胁，因为不可感知的扰动会误导神经网络产生完全不同的输出。在本文中，我们提出了一个自适应的观点，通过评估各种测试时平滑防御白盒非目标对抗性的例子。通过在ImageNet上使用预训练的ResNet-152进行对照实验，我们首先说明了对抗攻击和平滑防御之间的非单调关系。然后在数据集级别，我们观察到样本之间的大方差，并表明很容易提高准确性（甚至达到100%）或建立大规模（即，大小约为10^4）的子集，指定的方法在这些子集上的性能远远优于其他方法。最后，在样本水平上，由于不同的对抗性例子需要不同程度的防御，迭代法的潜在优势也进行了讨论。我们希望本文揭示测试时防御的有用行为，这有助于改善未来对抗鲁棒性的评估过程。
2019-11-26 cs.CR cs.LG stat.ML
A Mask-Based Adversarial Defense Scheme
Jinan University（暨南大学）
对抗攻击通过对输入的细微扰动进行干预，阻碍了深度神经网络（DNN）的功能和准确性。在这项工作中，我们提出了一种新的基于掩码的对抗性防御方案（MAD），用于DNN，以减轻对抗攻击的负面影响。准确地说，我们的方法通过随机掩蔽一部分潜在的对抗图像来提高DNN的鲁棒性，因此，DNN的%分类结果输出对微小的输入扰动变得更加宽容。与现有的对抗性防御技术相比，我们的方法不需要任何额外的去噪结构，也不需要对DNN的设计进行任何更改。我们已经测试了这种方法对各种数据集的DNN模型的集合，实验结果证实，该方法可以有效地提高防御能力的DNN对所有测试的对抗攻击方法。在某些情况下，与给定对抗性输入的原始模型相比，使用MAD训练的DNN模型的分类准确率提高了20%至90%。
2022-04-21 cs.AI cs.CR cs.LG
Adversarial Robustness in Financial Machine Learning: Defenses, Economic Impact, and Governance Evidence
Independent Researcher（独立研究者）
本研究评估金融机器学习模型的对抗鲁棒性，通过实验揭示对抗攻击对模型性能的影响，并探讨对抗训练的恢复效果。
2025-12-14 cs.AI cs.CR cs.LG
PPD: Permutation Phase Defense Against Adversarial Examples in Deep Learning
Univ. of Southern California（南加州大学）；Univ. of Nevada（内华达大学）；Docomo Innovations Inc.（都科摩创新公司）
深度神经网络已经在包括分类在内的各种任务上表现出了尖端的性能。然而，众所周知，对输入的不利设计的不可察觉的扰动会误导高级分类器。本文提出了一种新的抵抗对抗攻击的方法--排列相位防御（PPD）。PPD将图像的随机排列与其傅立叶变换的相位分量相结合。这种方法背后的基本思想是将对抗性防御问题类似地转化为对称密码学，后者仅依赖于密钥的安全性。在PPD中，所选排列的安全保存确保了对抗对抗攻击的有效性。在MNIST和CIFAR-10数据集上测试PPD，对目前最强大的对抗攻击产生了最先进的鲁棒性。
2020-01-04 cs.CR cs.LG stat.ML
Defense-guided Transferable Adversarial Attacks
虽然深度神经网络可以出色地执行具有挑战性的任务，但它们容易受到对抗性示例的影响，这些示例通过对干净的输入施加人类无法感知的扰动来误导分类器。在无查询的黑盒场景下，对抗性示例很难转换到未知模型，已经提出了几种可转换性较低的方法。为了解决这个问题，我们设计了一个最大最小框架的启发输入转换，这是有益的对抗攻击和防御。在最小化过程中，我们利用输入的仿射变换来降低损失值作为防御;在最大化过程中，我们利用动量迭代算法来增加损失值作为攻击。为了进一步促进可转移性，我们用最大-最小理论确定转换值。在Imagenet上进行的大量实验表明，我们的防御引导可转移攻击在可转移性上实现了令人印象深刻的提高。实验表明，我们的对抗攻击的ASR平均达到58.38%，在正常训练的模型上比最先进的方法高出12.1%，在对抗训练的模型上高出11.13%。此外，我们还提供了关于提高可转移性的解释性见解，我们的方法有望成为评估深度模型鲁棒性的基准。
2020-11-04 cs.CV cs.LG
Adversarial Attacks and Defenses: An Interpretation Perspective
Texas A&M University（得克萨斯农工大学）；Arizona State University（亚利桑那州立大学）
尽管最近在广泛的应用中取得了进展，但机器学习模型，特别是深度神经网络，已被证明容易受到对抗攻击的攻击。攻击者在输入中添加精心制作的扰动，这些扰动几乎是人类无法察觉的，但可能导致模型做出错误的预测。保护模型免受对抗性输入的技术称为对抗性防御方法。尽管已经提出了许多方法来研究不同场景下的对抗攻击和防御，但如何真正理解模型脆弱性仍然是一个有趣而关键的挑战。受“知己知彼，百战不殆”这句谚语的启发，我们可以在解释机器学习模型以打开黑匣子之后解决上述挑战。模型解释或可解释的机器学习的目标是为模型的工作机制提取人类可理解的术语。最近，一些方法开始将解释纳入对抗攻击和防御的探索中。同时，我们也观察到许多现有的对抗攻击和防御方法，虽然没有明确声明，但可以从解释的角度来理解。在本文中，我们回顾了最近的工作对抗攻击和防御，特别是从机器学习解释的角度。我们将解释分为两种类型，特征级解释和模型级解释。对于每种类型的解释，我们详细说明了它如何用于对抗攻击和防御。然后，我们简要说明解释和对手之间的其他相关性。最后，我们讨论了挑战和未来的方向，沿着解决对手的问题与解释。
2020-10-07 cs.CV cs.LG stat.ML
DeepRobust: A PyTorch Library for Adversarial Attacks and Defenses
Michigan State University（密歇根州立大学）
DeepRobust是一个PyTorch对抗学习库，旨在构建一个全面且易于使用的平台来促进这一研究领域。目前包含图像域10余种攻击算法和8种防御算法，图域9种攻击算法和4种防御算法，多种深度学习架构下。在本手册中，我们介绍了DeepRobust的主要内容，并提供了详细的说明。该库不断更新，可以在https://github.com/DSE-MSU/DeepRobust上找到。
2020-05-13 cs.CR cs.LG stat.ML
Delving into Deep Image Prior for Adversarial Defense: A Novel Reconstruction-based Defense Framework
Xi’an Jiaotong University（西安交通大学）；University of British Columbia（不列颠哥伦比亚大学）；Beijing Normal University（北京师范大学）
基于深度学习的图像分类模型被证明容易受到对抗攻击的攻击，因为它们会向干净的图像注入故意制造的噪声。为了以免训练和攻击不可知的方式防御对抗攻击，这项工作通过深入研究深度图像先验（DIP），提出了一种新颖有效的基于重建的防御框架。从根本上不同于现有的基于重建的防御，所提出的方法分析，并明确纳入我们的防御模型的决策过程。给定一幅对抗图像，首先将其在DIP优化过程中的重建图像映射到模型决策空间，在该空间中可以检测跨边界图像，并进一步定位边界上的图像。然后，通过沿对抗图像的相反方向扰动边界上的图像来净化对抗噪声。最后，流形上的图像被拼接，以构建一个图像，可以正确预测的受害者分类器。大量的实验表明，该方法优于现有的国家的最先进的重建为基础的方法在防御白盒攻击和防御感知攻击。此外，该方法可以保持高的视觉质量在对抗图像重建。
2021-07-31 cs.CV
Adversarial Attack and Defense in Deep Ranking
Xi’an Jiaotong University（西安交通大学）；Alibaba Group（阿里巴巴集团）；ABB Corporate Research Center（ABB企业研究中心）；Wormpex AI Research（Wormpex人工智能研究院）
深度神经网络分类器容易受到对抗攻击的攻击，其中不可感知的扰动可能导致错误分类。然而，基于DNN的图像排名系统的脆弱性仍然没有得到充分的探索。在本文中，我们提出了两种针对深度排名系统的攻击，即，候选攻击和查询攻击，可以通过对抗性扰动来提高或降低所选候选人的排名。具体地说，期望的排名顺序表示为一组不等式，然后一个三元组的目标函数的设计，以获得最佳的扰动。相反，提出了一种抗崩溃三元组防御来提高排名模型对所有提出的攻击的鲁棒性，其中模型学习防止正样本和负样本被对抗攻击拉得彼此靠近。为了全面衡量我们的防御排名模型的经验对抗鲁棒性，我们提出了一个经验鲁棒性分数，其中涉及一组对排名模型的代表性攻击。我们的对抗性排名攻击和防御在MNIST、Fashion-MNIST、CUB 200 -2011、CARS 196和斯坦福在线产品数据集上进行了评估。实验结果表明，一个典型的深度排名系统可以有效地损害我们的攻击。尽管如此，我们的防御可以显着提高排名系统的鲁棒性，同时减轻各种攻击。
2021-06-07 cs.CV cs.LG
Scale-Invariant Adversarial Attack for Evaluating and Enhancing Adversarial Defenses
College of Computer Science and Technology, Nanjing University of Aeronautics and Astronautics（南京航空航天大学计算机科学与技术学院）
高效和有效的攻击对于可靠的防御评估以及开发健壮的模型至关重要。投影梯度下降（PGD）攻击已被证明是最成功的对抗攻击之一。然而，标准PGD攻击的效果可以很容易地通过重新缩放logits来削弱，而不会改变每个输入的原始决策。为了缓解这个问题，在本文中，我们提出了尺度不变的对抗攻击（SI-PGD），它利用倒数第二层中的特征与softmax层中的权重之间的角度来指导对手的生成。余弦角矩阵用于学习角度鉴别表示，且不随logits的重新缩放而改变，从而使SI-PGD攻击稳定有效。我们评估我们的攻击对多个防御，并显示改进的性能相比，现有的攻击。此外，我们提出了基于余弦角矩阵的尺度不变（SI）对抗防御机制，它可以嵌入到流行的对抗防御。实验结果表明，与我们的SI机制的防御方法实现了最先进的性能之间的多步和单步防御。
2022-01-29 cs.CV
Defending against Whitebox Adversarial Attacks via Randomized Discretization
Microsoft Corporation（微软公司）；Stanford University（斯坦福大学）
对抗性扰动显著降低了最先进的图像分类器的准确性。在本文中，我们提出并分析了一种简单且计算效率高的防御策略：注入随机高斯噪声，离散化每个像素，然后将结果馈送到任何预训练的分类器中。从理论上讲，我们表明，我们的随机离散化策略减少了原始输入和对抗输入之间的KL分歧，导致任何分类器对任何（潜在的白盒）$\ell_\infty$有界对抗攻击的分类准确性的下限。从经验上讲，我们评估了我们对强迭代PGD攻击生成的对抗性示例的防御。在ImageNet上，我们的防御比对抗训练的网络和NIPS 2017对抗攻击和防御竞赛的获胜防御更强大。
2019-03-25 cs.CR cs.LG stat.ML
Adversarial Examples on Graph Data: Deep Insights into Attack and Defense
University of New South Wales（新南威尔士大学）；Data61, CSIRO（澳大利亚联邦科学与工业研究组织Data61）；National University of Defense Technology（国防科技大学）
图深度学习模型，如图卷积网络（GCN），在图数据上的任务中实现了卓越的性能。与其他类型的深度模型类似，图深度学习模型经常遭受对抗攻击。然而，与非图数据相比，图数据的离散特征、图之间的连接以及不可感知扰动的不同定义，给图数据的对抗攻击和防御带来了独特的挑战和机遇。在本文中，我们提出了攻击和防御技术。对于攻击，我们表明，离散性问题可以很容易地解决，通过引入积分梯度，可以准确地反映扰动某些功能或边缘的影响，同时仍然受益于并行计算。对于防御，我们观察到，针对目标攻击的敌对操纵图在统计上不同于正常图。基于这一观察，我们提出了一种防御方法，该方法检查图并恢复潜在的对抗性扰动。我们在一些数据集上的实验表明了所提出的方法的有效性。
2019-05-22 cs.CR cs.LG stat.ML
Defense-GAN: Protecting Classifiers Against Adversarial Attacks Using Generative Models
University of Maryland, College Park（马里兰大学帕克分校）；University of Maryland Institute for Advanced Computer Studies（马里兰大学高级计算机研究所）
近年来，深度神经网络方法已被广泛用于机器学习任务，包括分类。然而，它们被证明容易受到对抗性扰动的影响：精心制作的小扰动可能会导致合法图像的错误分类。我们提出了Defense-GAN，这是一个利用生成模型的表达能力来保护深度神经网络免受此类攻击的新框架。Defense-GAN被训练来模拟未受干扰图像的分布。在推理时，它会找到一个与给定图像接近的输出，该输出不包含对抗性变化。然后将该输出馈送到分类器。我们提出的方法可以用于任何分类模型，不修改分类器结构或训练过程。它也可以用来防御任何攻击，因为它不假设生成对抗性示例的过程的知识。我们的经验表明，Defense-GAN对不同的攻击方法始终有效，并改进了现有的防御策略。我们的代码已在https://github.com/kabkabm/defensegan上公开发布
2018-05-18 cs.CV cs.LG stat.ML
Detection Defenses: An Empty Promise against Adversarial Patch Attacks on Optical Flow
Institute for Visualization and Interactive Systems, University of Stuttgart（斯图加特大学可视化与交互系统研究所）
本文检验了针对光流的检测并移除对抗性补丁防御方法 ILP 和 LGS，发现它们不仅降低良性场景下的光流质量，还损害除 FlowNetC 外所有测试方法的鲁棒性，揭示了现有防御无法兑现其安全承诺。
2023-11-02 cs.CV cs.LG
Cycle-Consistent Adversarial GAN: the integration of adversarial attack and defense
National Digital Switching System Engineering and Technological Research Center（国家数字交换系统工程技术研究中心）
在深度学习的图像分类中，输入旨在添加小幅度扰动的对抗性示例可能会误导深度神经网络（DNN）获得错误的结果，这意味着DNN很容易受到它们的影响。为了更好地研究深度学习的机制，人们提出了不同的攻击和防御策略。然而，这些网络的研究都只是针对攻击或防御的一个方面，没有考虑到攻击和防御应该是相互依存、相互促进的，就像矛和盾的关系一样。本文提出了循环一致的对抗性GAN（CycleAdvGAN）算法来生成对抗性实例，该算法能够学习和近似原始实例和对抗性实例的分布。对于CycleAdvGAN，一旦Generator和被训练，可以针对任何实例高效地生成对抗扰动，从而使DNN预测错误，并恢复对抗示例以清洁实例，从而使DNN预测正确。我们在两个公共数据集MNIST和CIFAR10上应用半白盒和黑盒设置下的CycleAdvGAN。实验表明，该方法在实现了对抗攻击方法的同时，有效地提高了防御能力，实现了对抗攻击与防御的一体化。此外，它还提高了只在任何类型的对抗攻击生成的对抗数据集上训练的攻击效果。
2019-04-12 cs.CV
Adversarial Defense by Latent Style Transformations
CSIRO’s Data61（澳大利亚联邦科学与工业研究组织Data61）；Monash University（莫纳什大学）
机器学习模型已经证明了对对抗攻击的脆弱性，更具体地说，是对对抗示例的错误分类。在本文中，我们研究了一个攻击不可知防御对抗攻击的高分辨率图像检测可疑输入。我们的方法背后的直觉是，正常图像的基本特征通常与非基本样式转换一致，例如，稍微改变人像的面部表情。相反，对抗性示例通常对这种转换敏感。在我们的方法来检测敌对的情况下，我们提出了一个在\underline{V} ertible \underline{A} utoencoder的基础上的\underline{S} tyleGAN2生成器通过\underline{A}对抗训练（VASA），以逆图像解开潜在代码，揭示层次风格。然后，我们建立了一组编辑的副本与非必要的风格转换，通过执行潜在的移位和重建，基于潜代码和风格转换之间的对应关系。这些编辑副本的基于分类的一致性用于区分对抗实例。
2022-02-22 cs.CV cs.LG
Understanding and Improving Ensemble Adversarial Defense
The University of Manchester（曼彻斯特大学）
本文建立解释集成对抗防御鲁棒性的误差理论，并据此提出 iGAT，通过全局对抗样本概率分配和弱点正则化，在白盒与黑盒攻击下显著提升现有方法。
2023-11-02 cs.LG
Defense-VAE: A Fast and Accurate Defense against Adversarial Attacks
Georgia State University, USA（美国佐治亚州立大学）
深度神经网络（DNN）在各种预测任务中取得了巨大的成功。然而，最近的研究表明，DNN特别容易受到对抗攻击，这对其在安全敏感系统中的应用构成了严重威胁。在本文中，我们提出了一个简单而有效的防御算法Defense-VAE，它使用变分自编码器（VAE）来清除污染图像中的对抗性扰动。所提出的方法是通用的，可以防御白盒和黑盒攻击，而不需要重新训练原始的CNN分类器，并可以通过重新训练CNN或端到端微调整个管道进一步加强防御。此外，与基于优化的替代方案（如Defense-GAN）相比，所提出的方法非常有效，因为在线预测不需要迭代优化。在MNIST、Fashion-MNIST、CelebA和CIFAR-10上进行的大量实验表明，与Defense-GAN相比，Defense-VAE的防御精度更高，同时比后者快50倍。这使得Defense-VAE可广泛部署在实时安全敏感系统中。我们的源代码可以在https://github.com/lxuniverse/defense-vae上找到。
2019-08-01 cs.CV
CARE: Ensemble Adversarial Robustness Evaluation Against Adaptive Attackers for Security Applications
针对网络安全中集成防御能否抵御自适应攻击缺乏综合评估平台的问题，本文提出通用CARE平台以系统评估集成对抗攻击与防御。
2024-01-20 cs.CR cs.LG
Attack Agnostic Adversarial Defense via Visual Imperceptible Bound
IIIT-Delhi（德里印度理工学院）；Texas A&M University, Kingsville（金斯维尔得克萨斯农工大学）；IIT Jodhpur（焦特布尔印度理工学院）
深度学习算法对结构化和非结构化扰动的高度敏感性激发了高效对抗防御算法的开发。然而，现有的防御算法缺乏通用性和针对不同数据库的攻击算法的性能的高度可变性对防御算法的有效性提出了几个问题。在这项研究中，我们的目标是设计一个防御模型，在一定范围内对可见和不可见的对抗攻击都是鲁棒的。这个界限与图像的视觉外观有关，我们称之为\textit{Visual Imperceptible Bound (VIB)}。为了计算这个界限，我们提出了一种新的方法，使用数据库的特点。另外，还利用VIB来度量攻击算法的有效性。在MNIST，CIFAR-10和Tiny ImageNet数据库上评估了所提出的防御模型的性能，包括C\&W（$l_2$）和DeepFool。该防御模型不仅能够提高对多种攻击的鲁棒性，而且能够保持或提高原始干净测试集上的分类精度。所提出的算法是攻击不可知的，即它不需要任何知识的攻击算法。
2020-10-25 cs.CR cs.CV
