Graph neural networks (GNN) are vulnerable to adversarial attacks, which aim to degrade the performance of GNNs through imperceptible changes on the graph. However, we find that in fact the prevalent meta-gradient-based attacks, which utilizes the gradient of the loss w.r.t the adjacency matrix, are biased towards training nodes. That is, their meta-gradient is determined by a training procedure of the surrogate model, which is solely trained on the training nodes. This bias manifests as an uneven perturbation, connecting two nodes when at least one of them is a labeled node, i.e., training node, while it is unlikely to connect two unlabeled nodes. However, these biased attack approaches are sub-optimal as they do not consider flipping edges between two unlabeled nodes at all. This means that they miss the potential attacked edges between unlabeled nodes that significantly alter the representation of a node. In this paper, we investigate the meta-gradients to uncover the root cause of the uneven perturbations of existing attacks. Based on our analysis, we propose a Meta-gradient-based attack method using contrastive surrogate objective (Metacon), which alleviates the bias in meta-gradient using a new surrogate loss. We conduct extensive experiments to show that Metacon outperforms existing meta gradient-based attack methods through benchmark datasets, while showing that alleviating the bias towards training nodes is effective in attacking the graph structure.


翻译:图神经网络(GNN)易受对抗攻击的影响,此类攻击旨在通过对图进行难以察觉的修改来降低GNN的性能。然而,我们发现,当前流行的基于元梯度的攻击方法——即利用损失函数对邻接矩阵的梯度——实际上存在对训练节点的偏向性。具体而言,其元梯度由代理模型的训练过程决定,而该模型仅基于训练节点进行训练。这种偏向性表现为一种不均匀的扰动:当两个节点中至少有一个是标注节点(即训练节点)时,攻击倾向于连接它们,而连接两个未标注节点的可能性则很低。然而,这种有偏的攻击方法并非最优,因为它们完全未考虑翻转两个未标注节点之间的边。这意味着它们错过了未标注节点之间那些可能显著改变节点表示的重要潜在攻击边。本文通过研究元梯度,揭示了现有攻击产生不均匀扰动的根本原因。基于分析,我们提出了一种使用对比代理目标的基于元梯度的攻击方法(Metacon),该方法通过一种新的代理损失函数来缓解元梯度中的偏向性。我们进行了大量实验,结果表明Metacon在多个基准数据集上优于现有的基于元梯度的攻击方法,同时证明了缓解对训练节点的偏向性在图结构攻击中是有效的。

0
下载
关闭预览

相关内容

Linux导论,Introduction to Linux,96页ppt
专知会员服务
82+阅读 · 2020年7月26日
FlowQA: Grasping Flow in History for Conversational Machine Comprehension
专知会员服务
34+阅读 · 2019年10月18日
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
60+阅读 · 2019年10月17日
《DeepGCNs: Making GCNs Go as Deep as CNNs》
专知会员服务
32+阅读 · 2019年10月17日
Keras François Chollet 《Deep Learning with Python 》, 386页pdf
专知会员服务
164+阅读 · 2019年10月12日
【SIGGRAPH2019】TensorFlow 2.0深度学习计算机图形学应用
专知会员服务
41+阅读 · 2019年10月9日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Hierarchical Imitation - Reinforcement Learning
CreateAMind
19+阅读 · 2018年5月25日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
47+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
Arxiv
14+阅读 · 2021年7月20日
Knowledge Embedding Based Graph Convolutional Network
Arxiv
24+阅读 · 2021年4月23日
Arxiv
10+阅读 · 2021年2月18日
On Feature Normalization and Data Augmentation
Arxiv
15+阅读 · 2020年2月25日
Arxiv
18+阅读 · 2019年3月28日
Arxiv
22+阅读 · 2018年2月14日
VIP会员
最新内容
非对称优势:美海军开发低成本反无人机技术
专知会员服务
4+阅读 · 今天4:39
《美战争部小企业创新研究(SBIR)计划》
专知会员服务
5+阅读 · 今天2:48
《军事模拟:将军事条令与目标融入AI智能体》
专知会员服务
8+阅读 · 今天2:43
【NTU博士论文】3D人体动作生成
专知会员服务
6+阅读 · 4月24日
以色列军事技术对美国军力发展的持续性赋能
专知会员服务
8+阅读 · 4月24日
《深度强化学习在兵棋推演中的应用》40页报告
专知会员服务
13+阅读 · 4月24日
《多域作战面临复杂现实》
专知会员服务
9+阅读 · 4月24日
《印度的多域作战:条令与能力发展》报告
专知会员服务
4+阅读 · 4月24日
相关资讯
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Hierarchical Imitation - Reinforcement Learning
CreateAMind
19+阅读 · 2018年5月25日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
相关论文
相关基金
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
47+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员