Current black-box backdoor attacks in convolutional neural networks formulate attack objective(s) as single-objective optimization problems in single domain. Designing triggers in single domain harms semantics and trigger robustness as well as introduces visual and spectral anomaly. This work proposes a multi-objective black-box backdoor attack in dual domains via evolutionary algorithm (LADDER), the first instance of achieving multiple attack objectives simultaneously by optimizing triggers without requiring prior knowledge about victim model. In particular, we formulate LADDER as a multi-objective optimization problem (MOP) and solve it via multi-objective evolutionary algorithm (MOEA). MOEA maintains a population of triggers with trade-offs among attack objectives and uses non-dominated sort to drive triggers toward optimal solutions. We further apply preference-based selection to MOEA to exclude impractical triggers. We state that LADDER investigates a new dual-domain perspective for trigger stealthiness by minimizing the anomaly between clean and poisoned samples in the spectral domain. Lastly, the robustness against preprocessing operations is achieved by pushing triggers to low-frequency regions. Extensive experiments comprehensively showcase that LADDER achieves attack effectiveness of at least 99%, attack robustness with 90.23% (50.09% higher than state-of-the-art attacks on average), superior natural stealthiness (1.12x to 196.74x improvement) and excellent spectral stealthiness (8.45x enhancement) as compared to current stealthy attacks by the average $l_2$-norm across 5 public datasets.


翻译:当前卷积神经网络中的黑盒后门攻击将攻击目标表述为单领域内的单目标优化问题。在单一领域设计触发器会损害语义与触发器鲁棒性,并引入视觉与频谱异常。本研究提出一种基于进化算法的双领域多目标黑盒后门攻击方法(LADDER),首次实现在无需受害者模型先验知识的情况下,通过优化触发器同时达成多个攻击目标。具体而言,我们将LADDER构建为多目标优化问题,并通过多目标进化算法进行求解。该算法维护具有攻击目标间权衡关系的触发器种群,并利用非支配排序驱动触发器逼近最优解。我们进一步在算法中引入基于偏好的选择机制以排除不实用的触发器。LADDER通过最小化干净样本与污染样本在频谱域中的异常,开创了从双领域视角研究触发器隐蔽性的新范式。最后,通过将触发器推至低频区域实现了针对预处理操作的鲁棒性。在5个公开数据集上的大量实验综合表明:与当前主流隐蔽攻击相比,LADDER在平均$l_2$范数指标下实现了至少99%的攻击成功率、90.23%的攻击鲁棒性(平均优于现有最优攻击50.09%)、卓越的自然隐蔽性(提升1.12至196.74倍)以及优异的频谱隐蔽性(提升8.45倍)。

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
【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
RL解决'BipedalWalkerHardcore-v2' (SOTA)
CreateAMind
31+阅读 · 2019年7月17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
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
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
0+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
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
Arxiv
14+阅读 · 2023年8月7日
Arxiv
11+阅读 · 2022年3月16日
Arxiv
49+阅读 · 2020年12月16日
Arxiv
11+阅读 · 2018年4月8日
VIP会员
相关资讯
RL解决'BipedalWalkerHardcore-v2' (SOTA)
CreateAMind
31+阅读 · 2019年7月17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
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
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
0+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
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