神经网络在与噪声扰动的图像分类中的精度较小。 CNN卷积神经网络以其在良性图像的分类中无与伦比的精度而闻名。但是我们的研究表明，它们极易受到噪声的攻击，而馈送前向神经网络，FNN与噪声扰动的对应性较小，几乎不受干扰地保持其准确性。观察到FNN可以更好地分类噪声密集的单通道图像，而这些图像只是人类视觉的巨大噪音。在我们的研究中，我们使用了以下架构的手写数字数据集，MNIST：具有1和2个隐藏层和CNN的FNN，带有3、4、6和8卷积，并分析了其准确性。 FNN脱颖而出表明，无论噪声强度如何，它们的分类精度超过85％。在我们通过此数据对CNN的分析中，CNN的分类准确性减速8卷积是其余CNN的一半。准确性趋势的相关分析和数学建模是这些结论的路线图。

Recent work has demonstrated that deep neural networks are vulnerable to adversarial examples-inputs that are almost indistinguishable from natural data and yet classified incorrectly by the network. In fact, some of the latest findings suggest that the existence of adversarial attacks may be an inherent weakness of deep learning models. To address this problem, we study the adversarial robustness of neural networks through the lens of robust optimization. This approach provides us with a broad and unifying view on much of the prior work on this topic. Its principled nature also enables us to identify methods for both training and attacking neural networks that are reliable and, in a certain sense, universal. In particular, they specify a concrete security guarantee that would protect against any adversary. These methods let us train networks with significantly improved resistance to a wide range of adversarial attacks. They also suggest the notion of security against a first-order adversary as a natural and broad security guarantee. We believe that robustness against such well-defined classes of adversaries is an important stepping stone towards fully resistant deep learning models. 1

在本文中，我们提出了一种防御策略，以通过合并隐藏的层表示来改善对抗性鲁棒性。这种防御策略的关键旨在压缩或过滤输入信息，包括对抗扰动。而且这种防御策略可以被视为一种激活函数，可以应用于任何类型的神经网络。从理论上讲，我们在某些条件下也证明了这种防御策略的有效性。此外，合并隐藏层表示，我们提出了三种类型的对抗攻击，分别生成三种类型的对抗示例。实验表明，我们的防御方法可以显着改善深神经网络的对抗性鲁棒性，即使我们不采用对抗性训练，也可以实现最新的表现。

The authors thank Nicholas Carlini (UC Berkeley) and Dimitris Tsipras (MIT) for feedback to improve the survey quality. We also acknowledge X. Huang (Uni. Liverpool), K. R. Reddy (IISC), E. Valle (UNICAMP), Y. Yoo (CLAIR) and others for providing pointers to make the survey more comprehensive.

There has been a concurrent significant improvement in the medical images used to facilitate diagnosis and the performance of machine learning techniques to perform tasks such as classification, detection, and segmentation in recent years. As a result, a rapid increase in the usage of such systems can be observed in the healthcare industry, for instance in the form of medical image classification systems, where these models have achieved diagnostic parity with human physicians. One such application where this can be observed is in computer vision tasks such as the classification of skin lesions in dermatoscopic images. However, as stakeholders in the healthcare industry, such as insurance companies, continue to invest extensively in machine learning infrastructure, it becomes increasingly important to understand the vulnerabilities in such systems. Due to the highly critical nature of the tasks being carried out by these machine learning models, it is necessary to analyze techniques that could be used to take advantage of these vulnerabilities and methods to defend against them. This paper explores common adversarial attack techniques. The Fast Sign Gradient Method and Projected Descent Gradient are used against a Convolutional Neural Network trained to classify dermatoscopic images of skin lesions. Following that, it also discusses one of the most popular adversarial defense techniques, adversarial training. The performance of the model that has been trained on adversarial examples is then tested against the previously mentioned attacks, and recommendations to improve neural networks robustness are thus provided based on the results of the experiment.

基于机器学习的恶意软件检测技术依赖于恶意软件的灰度图像，并且倾向于根据灰色图像中纹理的分布对恶意软件进行分类。尽管机器学习技术显示出的进步和有希望的结果，但攻击者可以通过生成对抗样本来利用漏洞。对抗样本是通过智能手工制作并向输入样品添加扰动来生成的。大多数基于软件的对抗性攻击和防御。为了防御对手，基于机器学习和灰度图像的现有恶意软件检测需要对对抗数据进行预处理。这可能会导致额外的开销，并可以延长实时恶意软件检测。因此，作为替代方案，我们探索了基于RRAM（电阻随机访问记忆）对对手的防御。因此，本文的目的是解决上述关键系统安全问题。上述挑战是通过展示提出的技术来设计安全和健壮的认知系统来解决的。首先，提出了一种新的检测隐形恶意软件的技术。该技术使用恶意软件二进制图像，然后从同一图像中提取不同的功能，然后在数据集中使用不同的ML分类器。结果表明，基于提取的功能，该技术在区分恶意软件类别中成功。其次，我演示了对抗性攻击对具有不同学习算法和设备特征的可重新配置RRAM-NEUROMORMORMORMORMORMORMORORMORMORORMORMORMORORMORMORORMORMORORMORMORORMORMORORMORMORORMORMORORMORORMORORMORORMORORMORORMORORMORORMORMOROROMORMORORMORORMORORITIC的影响。我还提出了一种集成解决方案，用于使用可重新配置的RRAM体系结构来减轻对抗攻击的影响。

Although deep neural networks (DNNs) have achieved great success in many tasks, they can often be fooled by adversarial examples that are generated by adding small but purposeful distortions to natural examples. Previous studies to defend against adversarial examples mostly focused on refining the DNN models, but have either shown limited success or required expensive computation. We propose a new strategy, feature squeezing, that can be used to harden DNN models by detecting adversarial examples. Feature squeezing reduces the search space available to an adversary by coalescing samples that correspond to many different feature vectors in the original space into a single sample. By comparing a DNN model's prediction on the original input with that on squeezed inputs, feature squeezing detects adversarial examples with high accuracy and few false positives.This paper explores two feature squeezing methods: reducing the color bit depth of each pixel and spatial smoothing. These simple strategies are inexpensive and complementary to other defenses, and can be combined in a joint detection framework to achieve high detection rates against state-of-the-art attacks.

深度学习（DL）系统的安全性是一个极为重要的研究领域，因为它们正在部署在多个应用程序中，因为它们不断改善，以解决具有挑战性的任务。尽管有压倒性的承诺，但深度学习系统容易受到制作的对抗性例子的影响，这可能是人眼无法察觉的，但可能会导致模型错误分类。对基于整体技术的对抗性扰动的保护已被证明很容易受到更强大的对手的影响，或者证明缺乏端到端评估。在本文中，我们试图开发一种新的基于整体的解决方案，该解决方案构建具有不同决策边界的防御者模型相对于原始模型。通过（1）通过一种称为拆分和剃须的方法转换输入的分类器的合奏，以及（2）通过一种称为对比度功能的方法限制重要特征，显示出相对于相对于不同的梯度对抗性攻击，这减少了将对抗性示例从原始示例转移到针对同一类的防御者模型的机会。我们使用标准图像分类数据集（即MNIST，CIFAR-10和CIFAR-100）进行了广泛的实验，以实现最新的对抗攻击，以证明基于合奏的防御的鲁棒性。我们还在存在更强大的对手的情况下评估稳健性，该对手同时靶向合奏中的所有模型。已经提供了整体假阳性和误报的结果，以估计提出的方法的总体性能。

尽管机器学习系统的效率和可扩展性，但最近的研究表明，许多分类方法，尤其是深神经网络（DNN），易受对抗的例子;即，仔细制作欺骗训练有素的分类模型的例子，同时无法区分从自然数据到人类。这使得在安全关键区域中应用DNN或相关方法可能不安全。由于这个问题是由Biggio等人确定的。 （2013）和Szegedy等人。（2014年），在这一领域已经完成了很多工作，包括开发攻击方法，以产生对抗的例子和防御技术的构建防范这些例子。本文旨在向统计界介绍这一主题及其最新发展，主要关注对抗性示例的产生和保护。在数值实验中使用的计算代码（在Python和R）公开可用于读者探讨调查的方法。本文希望提交人们将鼓励更多统计学人员在这种重要的令人兴奋的领域的产生和捍卫对抗的例子。

Deep learning takes advantage of large datasets and computationally efficient training algorithms to outperform other approaches at various machine learning tasks. However, imperfections in the training phase of deep neural networks make them vulnerable to adversarial samples: inputs crafted by adversaries with the intent of causing deep neural networks to misclassify. In this work, we formalize the space of adversaries against deep neural networks (DNNs) and introduce a novel class of algorithms to craft adversarial samples based on a precise understanding of the mapping between inputs and outputs of DNNs. In an application to computer vision, we show that our algorithms can reliably produce samples correctly classified by human subjects but misclassified in specific targets by a DNN with a 97% adversarial success rate while only modifying on average 4.02% of the input features per sample. We then evaluate the vulnerability of different sample classes to adversarial perturbations by defining a hardness measure. Finally, we describe preliminary work outlining defenses against adversarial samples by defining a predictive measure of distance between a benign input and a target classification.

在过去的几十年中，人工智能的兴起使我们有能力解决日常生活中最具挑战性的问题，例如癌症的预测和自主航行。但是，如果不保护对抗性攻击，这些应用程序可能不会可靠。此外，最近的作品表明，某些对抗性示例可以在不同的模型中转移。因此，至关重要的是避免通过抵抗对抗性操纵的强大模型进行这种可传递性。在本文中，我们提出了一种基于特征随机化的方法，该方法抵抗了八次针对测试阶段深度学习模型的对抗性攻击。我们的新方法包括改变目标网络分类器中的训练策略并选择随机特征样本。我们认为攻击者具有有限的知识和半知识条件，以进行最普遍的对抗性攻击。我们使用包括现实和合成攻击的众所周知的UNSW-NB15数据集评估了方法的鲁棒性。之后，我们证明我们的策略优于现有的最新方法，例如最强大的攻击，包括针对特定的对抗性攻击进行微调网络模型。最后，我们的实验结果表明，我们的方法可以确保目标网络并抵抗对抗性攻击的转移性超过60％。

对卷积神经网络（CNN）的对抗性攻击的存在质疑这种模型对严重应用的适合度。攻击操纵输入图像，使得错误分类是在对人类观察者看上去正常的同时唤起的 - 因此它们不容易被检测到。在不同的上下文中，CNN隐藏层的反向传播激活（对给定输入的“特征响应”）有助于可视化人类“调试器” CNN“在计算其输出时对CNN”的看法。在这项工作中，我们提出了一种新颖的检测方法，以防止攻击。我们通过在特征响应中跟踪对抗扰动来做到这一点，从而可以使用平均局部空间熵自动检测。该方法不会改变原始的网络体系结构，并且完全可以解释。实验证实了我们对在Imagenet训练的大规模模型的最新攻击方法的有效性。

这是一门专门针对STEM学生开发的介绍性机器学习课程。我们的目标是为有兴趣的读者提供基础知识，以在自己的项目中使用机器学习，并将自己熟悉术语作为进一步阅读相关文献的基础。在这些讲义中，我们讨论受监督，无监督和强化学习。注释从没有神经网络的机器学习方法的说明开始，例如原理分析，T-SNE，聚类以及线性回归和线性分类器。我们继续介绍基本和先进的神经网络结构，例如密集的进料和常规神经网络，经常性的神经网络，受限的玻尔兹曼机器，（变性）自动编码器，生成的对抗性网络。讨论了潜在空间表示的解释性问题，并使用梦和对抗性攻击的例子。最后一部分致力于加强学习，我们在其中介绍了价值功能和政策学习的基本概念。

深度学习是高能物理学领域的标准工具，可促进许多分析策略的敏感性增强。特别是，在识别物理对象（例如喷气味标记）时，复杂的神经网络体系结构起着重要作用。但是，这些方法依赖于准确的模拟。不隔材料会导致需要测量和校准的数据的性能差异不可忽略。我们研究了对输入数据的分类器响应，并通过应用对抗性攻击来探测风味标记算法的脆弱性。随后，我们提出了一种对抗性训练策略，以减轻这种模拟攻击的影响并改善分类器的鲁棒性。我们研究了性能与脆弱性之间的关系，并表明该方法构成了一种有希望的方法，可以减少对差建模的脆弱性。

深度学习（DL）在许多与人类相关的任务中表现出巨大的成功，这导致其在许多计算机视觉的基础应用中采用，例如安全监控系统，自治车辆和医疗保健。一旦他们拥有能力克服安全关键挑战，这种安全关键型应用程序必须绘制他们的成功部署之路。在这些挑战中，防止或/和检测对抗性实例（AES）。对手可以仔细制作小型，通常是难以察觉的，称为扰动的噪声被添加到清洁图像中以产生AE。 AE的目的是愚弄DL模型，使其成为DL应用的潜在风险。在文献中提出了许多测试时间逃避攻击和对策，即防御或检测方法。此外，还发布了很少的评论和调查，理论上展示了威胁的分类和对策方法，几乎​​没有焦点检测方法。在本文中，我们专注于图像分类任务，并试图为神经网络分类器进行测试时间逃避攻击检测方法的调查。对此类方法的详细讨论提供了在四个数据集的不同场景下的八个最先进的探测器的实验结果。我们还为这一研究方向提供了潜在的挑战和未来的观点。

机器学习算法和深度神经网络在几种感知和控制任务中的卓越性能正在推动该行业在安全关键应用中采用这种技术，作为自治机器人和自动驾驶车辆。然而，目前，需要解决几个问题，以使深入学习方法更可靠，可预测，安全，防止对抗性攻击。虽然已经提出了几种方法来提高深度神经网络的可信度，但大多数都是针对特定类的对抗示例量身定制的，因此未能检测到其他角落案件或不安全的输入，这些输入大量偏离训练样本。本文介绍了基于覆盖范式的轻量级监控架构，以增强针对不同不安全输入的模型鲁棒性。特别是，在用于评估多种检测逻辑的架构中提出并测试了四种覆盖分析方法。实验结果表明，该方法有效地检测强大的对抗性示例和分销外输入，引入有限的执行时间和内存要求。

深度学习模型已被用于各种各样的任务。它们在计算机视觉，自然语言处理，语音识别等领域普遍存在。虽然这些模型在许多情况下工作得很好，但已经表明他们容易受到对抗的攻击。这导致了对途径的研究扩散，即可以识别和/或捍卫这种攻击。我们的目标是探讨可以归因于使用多个底层模型的贡献，以用于对冲实例检测。我们的论文描述了两种方法，该方法包含来自多种模型的表示，用于检测对抗性示例。我们设计了控制实验，用于测量逐步使用额外模型的检测冲击。对于我们考虑的许多场景，结果表明，性能随着用于提取表示的底层模型的数量而增加。

本文介绍了独立的神经颂歌（Snode），这是一种连续深入的神经模型，能够描述完整的深神经网络。这使用了一种新型的非线性结合梯度（NCG）下降优化方案，用于训练，在该方案中可以合并Sobolev梯度以提高模型权重的平滑度。我们还提出了神经敏感性问题的一般表述，并显示了它在NCG训练中的使用方式。灵敏度分析提供了整个网络中不确定性传播的可靠度量，可用于研究模型鲁棒性并产生对抗性攻击。我们的评估表明，与Resnet模型相比，我们的新型配方会提高鲁棒性和性能，并且为设计和开发机器学习的新机会提供了改善的解释性。

手写数字识别（HDR）是光学特征识别（OCR）领域中最具挑战性的任务之一。不管语言如何，HDR都存在一些固有的挑战，这主要是由于个人跨个人的写作风格的变化，编写媒介和环境的变化，无法在反复编写任何数字等时保持相同的笔触。除此之外，特定语言数字的结构复杂性可能会导致HDR的模棱两可。多年来，研究人员开发了许多离线和在线HDR管道，其中不同的图像处理技术与传统的机器学习（ML）基于基于的和/或基于深度学习（DL）的体系结构相结合。尽管文献中存在有关HDR的广泛审查研究的证据，例如：英语，阿拉伯语，印度，法尔西，中文等，但几乎没有对孟加拉人HDR（BHDR）的调查，这缺乏对孟加拉语HDR（BHDR）的研究，而这些调查缺乏对孟加拉语HDR（BHDR）的研究。挑战，基础识别过程以及可能的未来方向。在本文中，已经分析了孟加拉语手写数字的特征和固有的歧义，以及二十年来最先进的数据集的全面见解和离线BHDR的方法。此外，还详细讨论了一些涉及BHDR的现实应用特定研究。本文还将作为对离线BHDR背后科学感兴趣的研究人员的汇编，煽动了对相关研究的新途径的探索，这可能会进一步导致在不同应用领域对孟加拉语手写数字进行更好的离线认识。

With rapid progress and significant successes in a wide spectrum of applications, deep learning is being applied in many safety-critical environments. However, deep neural networks have been recently found vulnerable to well-designed input samples, called adversarial examples. Adversarial perturbations are imperceptible to human but can easily fool deep neural networks in the testing/deploying stage. The vulnerability to adversarial examples becomes one of the major risks for applying deep neural networks in safety-critical environments. Therefore, attacks and defenses on adversarial examples draw great attention. In this paper, we review recent findings on adversarial examples for deep neural networks, summarize the methods for generating adversarial examples, and propose a taxonomy of these methods. Under the taxonomy, applications for adversarial examples are investigated. We further elaborate on countermeasures for adversarial examples. In addition, three major challenges in adversarial examples and the potential solutions are discussed.