Biologically plausible Spiking Neural Networks (SNNs), characterized by spike sparsity, are growing tremendous attention over intellectual edge devices and critical bio-medical applications as compared to artificial neural networks (ANNs). However, there is a considerable risk from malicious attempts to extract white-box information (i.e., weights) from SNNs, as attackers could exploit well-trained SNNs for profit and white-box adversarial concerns. There is a dire need for intellectual property (IP) protective measures. In this paper, we present a novel secure software-hardware co-designed RRAM-based neuromorphic accelerator for protecting the IP of SNNs. Software-wise, we design a tailored genetic algorithm with classic XOR encryption to target the least number of weights that need encryption. From a hardware perspective, we develop a low-energy decryption module, meticulously designed to provide zero decryption latency. Extensive results from various datasets, including NMNIST, DVSGesture, EEGMMIDB, Braille Letter, and SHD, demonstrate that our proposed method effectively secures SNNs by encrypting a minimal fraction of stealthy weights, only 0.00005% to 0.016% weight bits. Additionally, it achieves a substantial reduction in energy consumption, ranging from x59 to x6780, and significantly lowers decryption latency, ranging from x175 to x4250. Moreover, our method requires as little as one sample per class in dataset for encryption and addresses hessian/gradient-based search insensitive problems. This strategy offers a highly efficient and flexible solution for securing SNNs in diverse applications.


翻译:与人工神经网络相比,具有脉冲稀疏性特征的生物可解释脉冲神经网络在智能边缘设备和关键生物医学应用中正受到极大关注。然而,恶意攻击者试图从SNN中提取白盒信息(即权重)存在重大风险,攻击者可能利用训练良好的SNN牟利并引发白盒对抗性威胁。因此,迫切需要采取知识产权保护措施。本文提出一种新颖的软硬件协同设计的基于RRAM的安全神经形态加速器,用于保护SNN的知识产权。在软件层面,我们设计了一种结合经典XOR加密的定制遗传算法,以确定需要加密的最少权重数量。从硬件角度,我们开发了一个低能耗解密模块,经过精心设计以实现零解密延迟。在多个数据集(包括NMNIST、DVSGesture、EEGMMIDB、Braille Letter和SHD)上的广泛实验结果表明,我们提出的方法通过加密极小比例的隐蔽权重(仅需加密0.00005%至0.016%的权重比特)即可有效保护SNN安全。同时,该方法实现了显著的能耗降低(59倍至6780倍),并大幅减少了解密延迟(175倍至4250倍)。此外,我们的方法仅需每类一个样本即可完成加密,并能有效应对基于海森矩阵/梯度的搜索不敏感问题。该策略为不同应用场景中的SNN安全保护提供了一种高效灵活的解决方案。

0
下载
关闭预览

相关内容

Networking:IFIP International Conferences on Networking。 Explanation:国际网络会议。 Publisher:IFIP。 SIT: http://dblp.uni-trier.de/db/conf/networking/index.html
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
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
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
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
Arxiv
34+阅读 · 2022年2月15日
VIP会员
最新内容
乌克兰前线的五项创新
专知会员服务
1+阅读 · 今天6:14
 军事通信系统与设备的技术演进综述
专知会员服务
2+阅读 · 今天5:59
《北约标准:医疗评估手册》174页
专知会员服务
3+阅读 · 今天5:51
《提升生成模型的安全性与保障》博士论文
专知会员服务
2+阅读 · 今天5:47
美国当前高超音速导弹发展概述
专知会员服务
4+阅读 · 4月19日
无人机蜂群建模与仿真方法
专知会员服务
11+阅读 · 4月19日
澳大利亚发布《国防战略(2026年)》
专知会员服务
5+阅读 · 4月19日
全球高超音速武器最新发展趋势
专知会员服务
4+阅读 · 4月19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
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
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
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
Top
微信扫码咨询专知VIP会员