Score-based black-box adversarial attacks pose a serious threat to deployed machine learning systems by exploiting repeated model queries to craft adversarial examples, requiring neither access to model parameters nor architecture. Existing defenses predominantly rely on stochastic output perturbations, which fail to prevent determined attackers from recovering stable gradient estimates by increasing query budgets or averaging over randomness. In this work, we propose the Gradient Confusion Defense (GCD), a retraining-free, deterministic test-time wrapper that actively shapes the probability vector returned to querying adversaries. By solving a constrained optimization problem grounded in the model's Jacobian, GCD aligns the exposed logit-gradient with a target confusion direction that is maximally misaligned with the true adversarial loss gradient---increasing the query complexity of attacks without sacrificing predictive utility or top-1 accuracy. We provide rigorous theoretical analysis demonstrating that GCD provably slows gradient-estimation-based attacks and induces systematic accept/reject errors in random search-based attacks, with the confusion effect amplifying as the fraction of defended queries increases. Extensive experiments on CIFAR-10 and ImageNet across multiple architectures (ResNet-18, ResNet-50, ViT-B/16) and four state-of-the-art attacks confirm these predictions: GCD achieves state-of-the-art robustness, while incurring zero clean accuracy degradation. %Crucially, unlike randomization-based defenses, GCD's deterministic structure provides resilience against adaptive attacks that exploit stochasticity, making it well-suited for security-critical deployment settings.


翻译:暂无翻译

0
下载
关闭预览

相关内容

在科学,计算和工程学中,黑盒是一种设备,系统或对象,可以根据其输入和输出(或传输特性)对其进行查看,而无需对其内部工作有任何了解。 它的实现是“不透明的”(黑色)。 几乎任何事物都可以被称为黑盒:晶体管,引擎,算法,人脑,机构或政府。为了使用典型的“黑匣子方法”来分析建模为开放系统的事物,仅考虑刺激/响应的行为,以推断(未知)盒子。 该黑匣子系统的通常表示形式是在该方框中居中的数据流程图。黑盒的对立面是一个内部组件或逻辑可用于检查的系统,通常将其称为白盒(有时也称为“透明盒”或“玻璃盒”)。
AAAI 2026教程:基于离线数据集的黑盒优化
专知会员服务
16+阅读 · 1月23日
【CVPR2023】基于强化学习的黑盒模型反演攻击
专知会员服务
24+阅读 · 2023年4月12日
专知会员服务
24+阅读 · 2021年8月22日
【斯坦福大学】Gradient Surgery for Multi-Task Learning
专知会员服务
47+阅读 · 2020年1月23日
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
61+阅读 · 2019年10月17日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Deeplearning4j 快速入门
人工智能头条
14+阅读 · 2018年12月24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
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
国家自然科学基金
4+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2016年12月31日
国家自然科学基金
0+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
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
Arxiv
12+阅读 · 2020年12月10日
VIP会员
最新内容
软件定义无人机蜂群给防空带来全新压力
专知会员服务
6+阅读 · 10月13日
《半自主无人地面战车的互操作性》66页
专知会员服务
6+阅读 · 10月13日
迈向更智慧的军事情报
专知会员服务
6+阅读 · 10月12日
《美国陆军2026年野战手册 2-0 情报》
专知会员服务
5+阅读 · 10月12日
《基于启发式算法求解武器-目标分配问题》
专知会员服务
7+阅读 · 10月12日
《美陆军最新条令出版物 2-0 情报》
专知会员服务
8+阅读 · 10月10日
电子战测试与训练靶场:战前验证战备状态
专知会员服务
3+阅读 · 10月10日
《美国陆军如何作战》46页最新报告
专知会员服务
10+阅读 · 10月10日
相关资讯
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Deeplearning4j 快速入门
人工智能头条
14+阅读 · 2018年12月24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
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
相关基金
国家自然科学基金
4+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2016年12月31日
国家自然科学基金
0+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
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员