Adversarial robustness continues to be a major challenge for deep learning. A core issue is that robustness to one type of attack often fails to transfer to other attacks. While prior work establishes a theoretical trade-off in robustness against different $L_p$ norms, we show that there is potential for improvement against many commonly used attacks by adopting a domain generalisation approach. Concretely, we treat each type of attack as a domain, and apply the Risk Extrapolation method (REx), which promotes similar levels of robustness against all training attacks. Compared to existing methods, we obtain similar or superior worst-case adversarial robustness on attacks seen during training. Moreover, we achieve superior performance on families or tunings of attacks only encountered at test time. On ensembles of attacks, our approach improves the accuracy from 3.4% with the best existing baseline to 25.9% on MNIST, and from 16.9% to 23.5% on CIFAR10.


翻译:对抗鲁棒性仍然是深度学习面临的主要挑战。核心问题在于,针对某一类型攻击的鲁棒性往往无法迁移至其他攻击。尽管先前研究建立了不同$L_p$范数下鲁棒性之间的理论权衡,我们证明通过采用领域泛化方法,可以在许多常用攻击上取得改进潜力。具体而言,我们将每种攻击类型视为一个领域,并应用风险外推法(REx),该方法促进对所有训练攻击具有相似水平的鲁棒性。与现有方法相比,我们在训练中见过的攻击上获得了相似或更优的最坏情况对抗鲁棒性。此外,我们仅在测试时遇到的攻击族或攻击调优上取得了更优性能。在攻击集成上,我们的方法将MNIST的准确率从最佳现有基线的3.4%提升至25.9%,将CIFAR10的准确率从16.9%提升至23.5%。

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