Deep image classification models trained on vast amounts of web-scraped data are susceptible to data poisoning - a mechanism for backdooring models. A small number of poisoned samples seen during training can severely undermine a model's integrity during inference. Existing work considers an effective defense as one that either (i) restores a model's integrity through repair or (ii) detects an attack. We argue that this approach overlooks a crucial trade-off: Attackers can increase robustness at the expense of detectability (over-poisoning) or decrease detectability at the cost of robustness (under-poisoning). In practice, attacks should remain both undetectable and robust. Detectable but robust attacks draw human attention and rigorous model evaluation or cause the model to be re-trained or discarded. In contrast, attacks that are undetectable but lack robustness can be repaired with minimal impact on model accuracy. Our research points to intrinsic flaws in current attack evaluation methods and raises the bar for all data poisoning attackers who must delicately balance this trade-off to remain robust and undetectable. To demonstrate the existence of more potent defenders, we propose defenses designed to (i) detect or (ii) repair poisoned models using a limited amount of trusted image-label pairs. Our results show that an attacker who needs to be robust and undetectable is substantially less threatening. Our defenses mitigate all tested attacks with a maximum accuracy decline of 2% using only 1% of clean data on CIFAR-10 and 2.5% on ImageNet. We demonstrate the scalability of our defenses by evaluating large vision-language models, such as CLIP. Attackers who can manipulate the model's parameters pose an elevated risk as they can achieve higher robustness at low detectability compared to data poisoning attackers.


翻译:基于海量网络爬取数据训练的深度图像分类模型易受数据投毒攻击——一种在模型中植入后门的机制。训练过程中少量投毒样本即可严重破坏模型在推理阶段的完整性。现有研究将有效防御视为要么(i)通过修复恢复模型完整性,要么(ii)检测攻击。我们认为这种观点忽略了一个关键权衡:攻击者可通过牺牲可检测性提升鲁棒性(过度投毒),或牺牲鲁棒性降低可检测性(欠投毒)。实践中,攻击必须同时保持不可检测性和鲁棒性。可检测但鲁棒的攻击会引发人工关注和严格模型评估,导致模型被重训练或丢弃;反之,不可检测但缺乏鲁棒性的攻击可通过最小化精度损失的修复予以消除。我们的研究揭示了当前攻击评估方法的内在缺陷,对所有需要在鲁棒性与不可检测性之间精妙权衡的数据投毒攻击者提出了更高要求。为证明更强防御的存在性,我们提出了两类防御方法,通过有限数量的可信图像-标签对(i)检测或(ii)修复投毒模型。实验结果表明,需兼顾鲁棒性与不可检测性的攻击者威胁性显著降低。我们的防御措施能够缓解所有测试攻击,在CIFAR-10上仅需1%的干净数据即可将最大精度下降控制在2%以内,在ImageNet上则为2.5%。通过评估CLIP等大型视觉-语言模型,我们验证了防御方法的可扩展性。相较于数据投毒攻击者,能操纵模型参数的攻击者具有更高风险——他们能在低可检测性条件下实现更强的鲁棒性。

0
下载
关闭预览

相关内容

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
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
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12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
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
4+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
2+阅读 · 2014年12月31日
VIP会员
最新内容
综述 | 3D场景图:开放挑战与未来方向
专知会员服务
4+阅读 · 6月22日
21世纪的无人机战争
专知会员服务
4+阅读 · 6月22日
《量子技术的军事任务技术适配与利用》
专知会员服务
5+阅读 · 6月22日
美国从乌克兰无人机战争中学习经验
专知会员服务
7+阅读 · 6月21日
ICML 2026 | 面向视觉语言模型的语义鲁棒性认证
专知会员服务
5+阅读 · 6月21日
相关VIP内容
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
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
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12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
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
4+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
2+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员