Graph neural network (GNN), the mainstream method to learn on graph data, is vulnerable to graph evasion attacks, where an attacker slightly perturbing the graph structure can fool trained GNN models. Existing work has at least one of the following drawbacks: 1) limited to directly attack two-layer GNNs; 2) inefficient; and 3) impractical, as they need to know full or part of GNN model parameters. We address the above drawbacks and propose an influence-based \emph{efficient, direct, and restricted black-box} evasion attack to \emph{any-layer} GNNs. Specifically, we first introduce two influence functions, i.e., feature-label influence and label influence, that are defined on GNNs and label propagation (LP), respectively. Then we observe that GNNs and LP are strongly connected in terms of our defined influences. Based on this, we can then reformulate the evasion attack to GNNs as calculating label influence on LP, which is \emph{inherently} applicable to any-layer GNNs, while no need to know information about the internal GNN model. Finally, we propose an efficient algorithm to calculate label influence. Experimental results on various graph datasets show that, compared to state-of-the-art white-box attacks, our attack can achieve comparable attack performance, but has a 5-50x speedup when attacking two-layer GNNs. Moreover, our attack is effective to attack multi-layer GNNs\footnote{Source code and full version is in the link: \url{https://github.com/ventr1c/InfAttack}}.


翻译:图神经网络(GNN)作为图数据学习的主流方法,易受图逃避攻击——攻击者通过轻微扰动图结构即可欺骗已训练的GNN模型。现有工作至少存在以下缺陷:1)仅能直接攻击两层GNN;2)效率低下;3)不实用,因其需要知晓完整或部分GNN模型参数。针对上述缺陷,我们提出一种基于影响函数的**高效、直接且受限的黑盒**逃避攻击,适用于**任意层**GNN。具体而言,我们首先引入了两种影响函数——特征标签影响与标签影响,分别定义于GNN和标签传播(LP)之上。接着观察到,在我们定义的影响框架下,GNN与LP存在强关联性。基于此,我们可将对GNN的逃避攻击重构为计算LP上的标签影响,该方法**天然**适用于任意层GNN,且无需知晓内部GNN模型的任何信息。最后,我们提出一种高效算法计算标签影响。在多种图数据集上的实验结果表明,与最先进的白盒攻击相比,我们的攻击在攻击两层GNN时可达到相近的攻击性能,但速度提升5-50倍。此外,该攻击对多层GNN同样有效\footnote{源代码及完整版本链接:\url{https://github.com/ventr1c/InfAttack}}。

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
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18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
Single-Shot Object Detection with Enriched Semantics
统计学习与视觉计算组
14+阅读 · 2018年8月29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
From Softmax to Sparsemax-ICML16(1)
KingsGarden
74+阅读 · 2016年11月26日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2017年12月31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
2+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
6+阅读 · 2014年12月31日
Arxiv
0+阅读 · 2024年2月5日
VIP会员
最新内容
全面的反无人机系统培训计划
专知会员服务
0+阅读 · 今天10:28
探秘Palantir:驱动美情报的科技巨头
专知会员服务
3+阅读 · 今天3:14
《美国海军军事海运司令部 2026年手册》
专知会员服务
3+阅读 · 今天3:05
《人工智能使能系统可靠性框架》
专知会员服务
7+阅读 · 今天2:28
2026“人工智能+”行业发展蓝皮书(附下载)
专知会员服务
17+阅读 · 4月26日
《强化学习数学基础》
专知会员服务
13+阅读 · 4月26日
“Maven计划”的发展演变之“Maven智能系统”应用
相关资讯
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18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
Single-Shot Object Detection with Enriched Semantics
统计学习与视觉计算组
14+阅读 · 2018年8月29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
From Softmax to Sparsemax-ICML16(1)
KingsGarden
74+阅读 · 2016年11月26日
相关基金
国家自然科学基金
2+阅读 · 2017年12月31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
2+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
6+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员