机器学习（ML）模型应用于越来越多的域。大量数据和计算资源的可用性鼓励开发更复杂和有价值的模型。这些模型被认为是培训他们的合法缔约方的知识产权，这使得他们防止窃取，非法再分配和未经授权的应用迫切需要。数字水印为标记模型所有权提供了强大的机制，从而提供了对这些威胁的保护。这项工作介绍了ML模型的不同类别水印方案的分类识别和分析。它介绍了一个统一的威胁模型，以允许在不同场景中进行水印方法的有效性的结构化推理和比较。此外，它系统化了期望的安全要求和攻击ML模型水印。根据该框架，调查了该领域的代表文学以说明分类法。最后，讨论了现有方法的缺点和普遍局限性，给出了未来研究方向的前景。

机器学习与服务（MLAAS）已成为广泛的范式，即使是通过例如，也是客户可用的最复杂的机器学习模型。一个按要求的原则。这使用户避免了数据收集，超参数调整和模型培训的耗时过程。但是，通过让客户访问（预测）模型，MLAAS提供商危害其知识产权，例如敏感培训数据，优化的超参数或学到的模型参数。对手可以仅使用预测标签创建模型的副本，并以（几乎）相同的行为。尽管已经描述了这种攻击的许多变体，但仅提出了零星的防御策略，以解决孤立的威胁。这增加了对模型窃取领域进行彻底系统化的必要性，以全面了解这些攻击是成功的原因，以及如何全面地捍卫它们。我们通过对模型窃取攻击，评估其性能以及探索不同设置中相应的防御技术来解决这一问题。我们为攻击和防御方法提出了分类法，并提供有关如何根据目标和可用资源选择正确的攻击或防御策略的准则。最后，我们分析了当前攻击策略使哪些防御能力降低。

与令人印象深刻的进步触动了我们社会的各个方面，基于深度神经网络（DNN）的AI技术正在带来越来越多的安全问题。虽然在考试时间运行的攻击垄断了研究人员的初始关注，但是通过干扰培训过程来利用破坏DNN模型的可能性，代表了破坏训练过程的可能性，这是破坏AI技术的可靠性的进一步严重威胁。在后门攻击中，攻击者损坏了培训数据，以便在测试时间诱导错误的行为。然而，测试时间误差仅在存在与正确制作的输入样本对应的触发事件的情况下被激活。通过这种方式，损坏的网络继续正常输入的预期工作，并且只有当攻击者决定激活网络内隐藏的后门时，才会发生恶意行为。在过去几年中，后门攻击一直是强烈的研究活动的主题，重点是新的攻击阶段的发展，以及可能对策的提议。此概述文件的目标是审查发表的作品，直到现在，分类到目前为止提出的不同类型的攻击和防御。指导分析的分类基于攻击者对培训过程的控制量，以及防御者验证用于培训的数据的完整性，并监控DNN在培训和测试中的操作时间。因此，拟议的分析特别适合于参考他们在运营的应用方案的攻击和防御的强度和弱点。

计算能力和大型培训数据集的可用性增加，机器学习的成功助长了。假设它充分代表了在测试时遇到的数据，则使用培训数据来学习新模型或更新现有模型。这种假设受到中毒威胁的挑战，这种攻击会操纵训练数据，以损害模型在测试时的表现。尽管中毒已被认为是行业应用中的相关威胁，到目前为止，已经提出了各种不同的攻击和防御措施，但对该领域的完整系统化和批判性审查仍然缺失。在这项调查中，我们在机器学习中提供了中毒攻击和防御措施的全面系统化，审查了过去15年中该领域发表的100多篇论文。我们首先对当前的威胁模型和攻击进行分类，然后相应地组织现有防御。虽然我们主要关注计算机视觉应用程序，但我们认为我们的系统化还包括其他数据模式的最新攻击和防御。最后，我们讨论了中毒研究的现有资源，并阐明了当前的局限性和该研究领域的开放研究问题。

背景信息：在过去几年中，机器学习（ML）一直是许多创新的核心。然而，包括在所谓的“安全关键”系统中，例如汽车或航空的系统已经被证明是非常具有挑战性的，因为ML的范式转变为ML带来完全改变传统认证方法。目的：本文旨在阐明与ML为基础的安全关键系统认证有关的挑战，以及文献中提出的解决方案，以解决它们，回答问题的问题如何证明基于机器学习的安全关键系统？'方法：我们开展2015年至2020年至2020年之间发布的研究论文的系统文献综述（SLR），涵盖了与ML系统认证有关的主题。总共确定了217篇论文涵盖了主题，被认为是ML认证的主要支柱：鲁棒性，不确定性，解释性，验证，安全强化学习和直接认证。我们分析了每个子场的主要趋势和问题，并提取了提取的论文的总结。结果：单反结果突出了社区对该主题的热情，以及在数据集和模型类型方面缺乏多样性。它还强调需要进一步发展学术界和行业之间的联系，以加深域名研究。最后，它还说明了必须在上面提到的主要支柱之间建立连接的必要性，这些主要柱主要主要研究。结论：我们强调了目前部署的努力，以实现ML基于ML的软件系统，并讨论了一些未来的研究方向。

Recent years have seen a proliferation of research on adversarial machine learning. Numerous papers demonstrate powerful algorithmic attacks against a wide variety of machine learning (ML) models, and numerous other papers propose defenses that can withstand most attacks. However, abundant real-world evidence suggests that actual attackers use simple tactics to subvert ML-driven systems, and as a result security practitioners have not prioritized adversarial ML defenses. Motivated by the apparent gap between researchers and practitioners, this position paper aims to bridge the two domains. We first present three real-world case studies from which we can glean practical insights unknown or neglected in research. Next we analyze all adversarial ML papers recently published in top security conferences, highlighting positive trends and blind spots. Finally, we state positions on precise and cost-driven threat modeling, collaboration between industry and academia, and reproducible research. We believe that our positions, if adopted, will increase the real-world impact of future endeavours in adversarial ML, bringing both researchers and practitioners closer to their shared goal of improving the security of ML systems.

机器学习（ML）模型已广泛应用于各种应用，包括图像分类，文本生成，音频识别和图形数据分析。然而，最近的研究表明，ML模型容易受到隶属推导攻击（MIS），其目的是推断数据记录是否用于训练目标模型。 ML模型上的MIA可以直接导致隐私违规行为。例如，通过确定已经用于训练与某种疾病相关的模型的临床记录，攻击者可以推断临床记录的所有者具有很大的机会。近年来，MIS已被证明对各种ML模型有效，例如，分类模型和生成模型。同时，已经提出了许多防御方法来减轻米西亚。虽然ML模型上的MIAS形成了一个新的新兴和快速增长的研究区，但还没有对这一主题进行系统的调查。在本文中，我们对会员推论和防御进行了第一个全面调查。我们根据其特征提供攻击和防御的分类管理，并讨论其优点和缺点。根据本次调查中确定的限制和差距，我们指出了几个未来的未来研究方向，以激发希望遵循该地区的研究人员。这项调查不仅是研究社区的参考，而且还为该研究领域之外的研究人员带来了清晰的照片。为了进一步促进研究人员，我们创建了一个在线资源存储库，并与未来的相关作品继续更新。感兴趣的读者可以在https://github.com/hongshenghu/membership-inference-machine-learning-literature找到存储库。

水印是保护创作者对数字图像，视频和音频的权利的常用策略。最近，水印方法已扩展到深度学习模型 - 原则上，当对手试图复制该模型时，应保留水印。但是，实际上，智能对手通常可以去除水印。几篇论文提出了水印方法，这些方法声称对不同类型的拆除攻击具有耐药性，但是在面对新的或更好的对手时，这些新技术通常会失败。在本文中，我们提出了一种可认证的水印方法。使用Chiang等人提出的随机平滑技术，我们表明我们的水印是不明显的，除非模型参数的更改超过一定的L2阈值。除了获得认证外，与以前的水印方法相比，我们的水印在经验上也更强。我们的实验可以在https://github.com/arpitbansal297/certified_watermarks上复制。

恶意软件是跨越多个操作系统和各种文件格式的计算机的最损害威胁之一。为了防止不断增长的恶意软件的威胁，已经提出了巨大的努力来提出各种恶意软件检测方法，试图有效和有效地检测恶意软件。最近的研究表明，一方面，现有的ML和DL能够卓越地检测新出现和以前看不见的恶意软件。然而，另一方面，ML和DL模型本质上易于侵犯对抗性示例形式的对抗性攻击，这通过略微仔细地扰乱了合法输入来混淆目标模型来恶意地产生。基本上，在计算机视觉领域最初广泛地研究了对抗性攻击，并且一些快速扩展到其他域，包括NLP，语音识别甚至恶意软件检测。在本文中，我们专注于Windows操作系统系列中的便携式可执行文件（PE）文件格式的恶意软件，即Windows PE恶意软件，作为在这种对抗设置中研究对抗性攻击方法的代表性案例。具体而言，我们首先首先概述基于ML / DL的Windows PE恶意软件检测的一般学习框架，随后突出了在PE恶意软件的上下文中执行对抗性攻击的三个独特挑战。然后，我们进行全面和系统的审查，以对PE恶意软件检测以及增加PE恶意软件检测的稳健性的相应防御，对近最新的对手攻击进行分类。我们首先向Windows PE恶意软件检测的其他相关攻击结束除了对抗对抗攻击之外，然后对未来的研究方向和机遇脱落。

从公共机器学习（ML）模型中泄漏数据是一个越来越重要的领域，因为ML的商业和政府应用可以利用多个数据源，可能包括用户和客户的敏感数据。我们对几个方面的当代进步进行了全面的调查，涵盖了非自愿数据泄漏，这对ML模型很自然，潜在的恶毒泄漏是由隐私攻击引起的，以及目前可用的防御机制。我们专注于推理时间泄漏，这是公开可用模型的最可能场景。我们首先在不同的数据，任务和模型体系结构的背景下讨论什么是泄漏。然后，我们提出了跨非自愿和恶意泄漏的分类法，可用的防御措施，然后进行当前可用的评估指标和应用。我们以杰出的挑战和开放性的问题结束，概述了一些有希望的未来研究方向。

Deep Neural Networks have recently gained lots of success after enabling several breakthroughs in notoriously challenging problems. Training these networks is computationally expensive and requires vast amounts of training data. Selling such pre-trained models can, therefore, be a lucrative business model. Unfortunately, once the models are sold they can be easily copied and redistributed. To avoid this, a tracking mechanism to identify models as the intellectual property of a particular vendor is necessary.In this work, we present an approach for watermarking Deep Neural Networks in a black-box way. Our scheme works for general classification tasks and can easily be combined with current learning algorithms. We show experimentally that such a watermark has no noticeable impact on the primary task that the model is designed for and evaluate the robustness of our proposal against a multitude of practical attacks. Moreover, we provide a theoretical analysis, relating our approach to previous work on backdooring.

会员推理攻击是机器学习模型中最简单的隐私泄漏形式之一：给定数据点和模型，确定该点是否用于培训模型。当查询其培训数据时，现有会员推理攻击利用模型的异常置信度。如果对手访问模型的预测标签，则不会申请这些攻击，而不会置信度。在本文中，我们介绍了仅限标签的会员资格推理攻击。我们的攻击而不是依赖置信分数，而是评估模型预测标签在扰动下的稳健性，以获得细粒度的隶属信号。这些扰动包括常见的数据增强或对抗例。我们经验表明，我们的标签占会员推理攻击与先前攻击相符，以便需要访问模型信心。我们进一步证明，仅限标签攻击违反了（隐含或明确）依赖于我们呼叫信心屏蔽的现象的员工推论攻击的多种防御。这些防御修改了模型的置信度分数以挫败攻击，但留下模型的预测标签不变。我们的标签攻击展示了置信性掩蔽不是抵御会员推理的可行的防御策略。最后，我们调查唯一的案例标签攻击，该攻击推断为少量异常值数据点。我们显示仅标签攻击也匹配此设置中基于置信的攻击。我们发现具有差异隐私和（强）L2正则化的培训模型是唯一已知的防御策略，成功地防止所有攻击。即使差异隐私预算太高而无法提供有意义的可证明担保，这仍然存在。

许多最先进的ML模型在各种任务中具有优于图像分类的人类。具有如此出色的性能，ML模型今天被广泛使用。然而，存在对抗性攻击和数据中毒攻击的真正符合ML模型的稳健性。例如，Engstrom等人。证明了最先进的图像分类器可以容易地被任意图像上的小旋转欺骗。由于ML系统越来越纳入安全性和安全敏感的应用，对抗攻击和数据中毒攻击构成了相当大的威胁。本章侧重于ML安全的两个广泛和重要的领域：对抗攻击和数据中毒攻击。

随着自然语言处理（NLP）技术的快速发展，NLP模型在业务中表现出巨大的经济价值。但是，所有者的模型容易受到盗版再分配的威胁，这打破了模型所有者与消费者之间的对称关系。因此，需要一种模型保护机制来防止对称性被打破。当前，基于黑框验证的语言模型保护方案在触发样品的隐形方面的性能较差，这些触发样品很容易被人类或异常检测器检测到，从而防止验证。为了解决此问题，本文提出了无触发模式的触发样本，以进行所有权验证。此外，小偷可能会替换以水印模型来满足其特定分类任务并删除模型中存在的水印的分类模块。因此，本文进一步提出了一个新的威胁，以替换模型分类模块并对模型进行全局微调，并通过白色框方法成功验证模型所有权。同时，我们使用区块链的特性，例如防篡改和可追溯性，以防止盗贼的所有权声明。实验表明，所提出的方案成功地验证了100％水印验证精度的所有权，而不会影响模型的原始性能，并且具有强大的鲁棒性和低的虚假触发率。

Existing integrity verification approaches for deep models are designed for private verification (i.e., assuming the service provider is honest, with white-box access to model parameters). However, private verification approaches do not allow model users to verify the model at run-time. Instead, they must trust the service provider, who may tamper with the verification results. In contrast, a public verification approach that considers the possibility of dishonest service providers can benefit a wider range of users. In this paper, we propose PublicCheck, a practical public integrity verification solution for services of run-time deep models. PublicCheck considers dishonest service providers, and overcomes public verification challenges of being lightweight, providing anti-counterfeiting protection, and having fingerprinting samples that appear smooth. To capture and fingerprint the inherent prediction behaviors of a run-time model, PublicCheck generates smoothly transformed and augmented encysted samples that are enclosed around the model's decision boundary while ensuring that the verification queries are indistinguishable from normal queries. PublicCheck is also applicable when knowledge of the target model is limited (e.g., with no knowledge of gradients or model parameters). A thorough evaluation of PublicCheck demonstrates the strong capability for model integrity breach detection (100% detection accuracy with less than 10 black-box API queries) against various model integrity attacks and model compression attacks. PublicCheck also demonstrates the smooth appearance, feasibility, and efficiency of generating a plethora of encysted samples for fingerprinting.

深度学习（DL）模型的功能可以通过模型提取被盗，其中攻击者通过利用原始模型的预测API来获得替代模型。在这项工作中，我们提出了一种称为Dynamarks的新型水印技术，以保护DL模型的知识产权（IP）免受黑箱设置中的模型提取攻击。与现有方法不同，Dynamarks不会改变原始模型的训练过程，而是通过基于推理运行时的某些秘密参数从原始模型预测API中动态更改输出响应来将水印嵌入替代模型中。时尚MNIST，CIFAR-10和Imagenet数据集的实验结果证明了Dynamarks方案对水印替代模型的功效，同时保留了部署在边缘设备中的原始模型的准确性。此外，我们还执行实验，以评估Dynamarks对各种水印策略的鲁棒性，从而使DL模型所有者可以可靠地证明模型所有权。

在对抗机器学习中，防止对深度学习系统的攻击的新防御能力在释放更强大的攻击后不久就会破坏。在这种情况下，法医工具可以通过追溯成功的根本原因来为现有防御措施提供宝贵的补充，并为缓解措施提供前进的途径，以防止将来采取类似的攻击。在本文中，我们描述了我们为开发用于深度神经网络毒物攻击的法医追溯工具的努力。我们提出了一种新型的迭代聚类和修剪解决方案，该解决方案修剪了“无辜”训练样本，直到所有剩余的是一组造成攻击的中毒数据。我们的方法群群训练样本基于它们对模型参数的影响，然后使用有效的数据解读方法来修剪无辜簇。我们从经验上证明了系统对三种类型的肮脏标签（后门）毒物攻击和三种类型的清洁标签毒药攻击的功效，这些毒物跨越了计算机视觉和恶意软件分类。我们的系统在所有攻击中都达到了98.4％的精度和96.8％的召回。我们还表明，我们的系统与专门攻击它的四种抗纤维法措施相对强大。

数十年来，计算机系统持有大量个人数据。一方面，这种数据丰度允许在人工智能（AI），尤其是机器学习（ML）模型中突破。另一方面，它可能威胁用户的隐私并削弱人类与人工智能之间的信任。最近的法规要求，可以从一般情况下从计算机系统中删除有关用户的私人信息，特别是根据要求从ML模型中删除（例如，“被遗忘的权利”）。虽然从后端数据库中删除数据应该很简单，但在AI上下文中，它不够，因为ML模型经常“记住”旧数据。现有的对抗攻击证明，我们可以从训练有素的模型中学习私人会员或培训数据的属性。这种现象要求采用新的范式，即机器学习，以使ML模型忘记了特定的数据。事实证明，由于缺乏共同的框架和资源，最近在机器上学习的工作无法完全解决问题。在本调查文件中，我们试图在其定义，场景，机制和应用中对机器进行彻底的研究。具体而言，作为最先进的研究的类别集合，我们希望为那些寻求机器未学习的入门及其各种表述，设计要求，删除请求，算法和用途的人提供广泛的参考。 ML申请。此外，我们希望概述范式中的关键发现和趋势，并突出显示尚未看到机器无法使用的新研究领域，但仍可以受益匪浅。我们希望这项调查为ML研究人员以及寻求创新隐私技术的研究人员提供宝贵的参考。我们的资源是在https://github.com/tamlhp/awesome-machine-unlearning上。

Recent advances in artificial intelligence (AI) have significantly intensified research in the geoscience and remote sensing (RS) field. AI algorithms, especially deep learning-based ones, have been developed and applied widely to RS data analysis. The successful application of AI covers almost all aspects of Earth observation (EO) missions, from low-level vision tasks like super-resolution, denoising, and inpainting, to high-level vision tasks like scene classification, object detection, and semantic segmentation. While AI techniques enable researchers to observe and understand the Earth more accurately, the vulnerability and uncertainty of AI models deserve further attention, considering that many geoscience and RS tasks are highly safety-critical. This paper reviews the current development of AI security in the geoscience and RS field, covering the following five important aspects: adversarial attack, backdoor attack, federated learning, uncertainty, and explainability. Moreover, the potential opportunities and trends are discussed to provide insights for future research. To the best of the authors' knowledge, this paper is the first attempt to provide a systematic review of AI security-related research in the geoscience and RS community. Available code and datasets are also listed in the paper to move this vibrant field of research forward.

转移学习已成为解决培训数据稀缺性的常见解决方案。它通过重复或微调训练有素的教师模型的早期层来训练特定的学生模型，该模型通常是公开可用的。但是，除了公用事业的改进外，转移的公共知识还为建模机密性带来了潜在的威胁，甚至进一步提出了其他安全和隐私问题。在本文中，我们介绍了转移学习环境中教师模型敞口威胁的首次全面调查，旨在更深入地了解公共知识和模型机密性之间的紧张关系。为此，我们提出了一种教师模型指纹攻击，以推断学生模型的起源，即它从中转移的教师模型。具体而言，我们提出了一种基于优化的新方法，以仔细生成查询以探测学生模型以实现我们的攻击。与现有的模型逆向工程方法不同，我们提出的指纹识别方法不依赖于细粒的模型输出，例如，后代和模型体系结构或培训数据集的辅助信息。我们系统地评估拟议攻击的有效性。经验结果表明，我们的攻击可以通过很少的查询准确地识别模型来源。此外，我们表明拟议的攻击可以作为垫脚石，以促进针对机器学习模型的其他攻击，例如窃取模型。