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。

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.

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。

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.

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.

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。

Adaptive attacks have (rightfully) become the de facto standard for evaluating defenses to adversarial examples. We find, however, that typical adaptive evaluations are incomplete. We demonstrate that thirteen defenses recently published at ICLR, ICML and NeurIPS-and which illustrate a diverse set of defense strategies-can be circumvented despite attempting to perform evaluations using adaptive attacks. While prior evaluation papers focused mainly on the end result-showing that a defense was ineffective-this paper focuses on laying out the methodology and the approach necessary to perform an adaptive attack. Some of our attack strategies are generalizable, but no single strategy would have been sufficient for all defenses. This underlines our key message that adaptive attacks cannot be automated and always require careful and appropriate tuning to a given defense. We hope that these analyses will serve as guidance on how to properly perform adaptive attacks against defenses to adversarial examples, and thus will allow the community to make further progress in building more robust models.

虽然深度神经网络（DNN）在许多真实的任务中实现了出色的性能，但它们非常容易受到对抗的攻击。对抗这种攻击的主要防御是对抗的，一种技术，通过将对抗噪声引入其输入来训练DNN培训以训练为对抗性攻击的技术。此程序是有效的，但必须在培训阶段进行。在这项工作中，我们提出了增强随机森林（ARF），这是一个简单易用的策略，用于在不修改其权重的情况下强化现有的预磨损DNN。对于每个图像，我们通过应用不同颜色，模糊，噪声和几何变换来生成随机测试时间增强。然后我们使用DNN的Logits输出来训练一个简单的随机林来预测真正的类标签。我们的方法在自然图像的分类上最小的妥协，实现了最先进的对抗鲁棒性对白和黑匣子攻击的多样性。我们也针对许多适应性的白盒攻击测试ARF，并在与对抗训练结合时显示出优异的结果。代码可在https://github.com/giladcohen/arf获得。

深度神经网络众所周知，很容易受到对抗性攻击和后门攻击的影响，在该攻击中，对输入的微小修改能够误导模型以给出错误的结果。尽管已经广泛研究了针对对抗性攻击的防御措施，但有关减轻后门攻击的调查仍处于早期阶段。尚不清楚防御这两次攻击之间是否存在任何连接和共同特征。我们对对抗性示例与深神网络的后门示例之间的联系进行了全面的研究，以寻求回答以下问题：我们可以使用对抗检测方法检测后门。我们的见解是基于这样的观察结果，即在推理过程中，对抗性示例和后门示例都有异常，与良性​​样本高度区分。结果，我们修改了四种现有的对抗防御方法来检测后门示例。广泛的评估表明，这些方法可靠地防止后门攻击，其准确性比检测对抗性实例更高。这些解决方案还揭示了模型灵敏度，激活空间和特征空间中对抗性示例，后门示例和正常样本的关系。这能够增强我们对这两次攻击和防御机会的固有特征的理解。

已知深度神经网络（DNN）容易受到用不可察觉的扰动制作的对抗性示例的影响，即，输入图像的微小变化会引起错误的分类，从而威胁着基于深度学习的部署系统的可靠性。经常采用对抗训练（AT）来通过训练损坏和干净的数据的混合物来提高DNN的鲁棒性。但是，大多数基于AT的方法在处理\ textit {转移的对抗示例}方面是无效的，这些方法是生成以欺骗各种防御模型的生成的，因此无法满足现实情况下提出的概括要求。此外，对抗性训练一般的国防模型不能对具有扰动的输入产生可解释的预测，而不同的领域专家则需要一个高度可解释的强大模型才能了解DNN的行为。在这项工作中，我们提出了一种基于Jacobian规范和选择性输入梯度正则化（J-SIGR）的方法，该方法通过Jacobian归一化提出了线性化的鲁棒性，还将基于扰动的显着性图正规化，以模仿模型的可解释预测。因此，我们既可以提高DNN的防御能力和高解释性。最后，我们评估了跨不同体系结构的方法，以针对强大的对抗性攻击。实验表明，提出的J-Sigr赋予了针对转移的对抗攻击的鲁棒性，我们还表明，来自神经网络的预测易于解释。

Neural networks are known to be vulnerable to adversarial examples: inputs that are close to natural inputs but classified incorrectly. In order to better understand the space of adversarial examples, we survey ten recent proposals that are designed for detection and compare their efficacy. We show that all can be defeated by constructing new loss functions. We conclude that adversarial examples are significantly harder to detect than previously appreciated, and the properties believed to be intrinsic to adversarial examples are in fact not. Finally, we propose several simple guidelines for evaluating future proposed defenses.

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。

由于它们在各个域中的大量成功，深入的学习技术越来越多地用于设计网络入侵检测解决方案，该解决方案检测和减轻具有高精度检测速率和最小特征工程的未知和已知的攻击。但是，已经发现，深度学习模型容易受到可以误导模型的数据实例，以使所谓的分类决策不正确（对抗示例）。此类漏洞允许攻击者通过向恶意流量添加小的狡猾扰动来逃避检测并扰乱系统的关键功能。在计算机视觉域中广泛研究了深度对抗学习的问题;但是，它仍然是网络安全应用中的开放研究领域。因此，本调查探讨了在网络入侵检测领域采用对抗机器学习的不同方面的研究，以便为潜在解决方案提供方向。首先，调查研究基于它们对产生对抗性实例的贡献来分类，评估ML的NID对逆势示例的鲁棒性，并捍卫这些模型的这种攻击。其次，我们突出了调查研究中确定的特征。此外，我们讨论了现有的通用对抗攻击对NIDS领域的适用性，启动拟议攻击在现实世界方案中的可行性以及现有缓解解决方案的局限性。

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％。

Deep learning has shown impressive performance on hard perceptual problems. However, researchers found deep learning systems to be vulnerable to small, specially crafted perturbations that are imperceptible to humans. Such perturbations cause deep learning systems to mis-classify adversarial examples, with potentially disastrous consequences where safety or security is crucial. Prior defenses against adversarial examples either targeted specific attacks or were shown to be ineffective. We propose MagNet, a framework for defending neural network classifiers against adversarial examples. MagNet neither modifies the protected classifier nor requires knowledge of the process for generating adversarial examples. MagNet includes one or more separate detector networks and a reformer network. The detector networks learn to differentiate between normal and adversarial examples by approximating the manifold of normal examples. Since they assume no specific process for generating adversarial examples, they generalize well. The reformer network moves adversarial examples towards the manifold of normal examples, which is effective for correctly classifying adversarial examples with small perturbation. We discuss the intrinsic difficulties in defending against whitebox attack and propose a mechanism to defend against graybox attack. Inspired by the use of randomness in cryptography, we use diversity to strengthen MagNet. We show empirically that Mag-Net is effective against the most advanced state-of-the-art attacks in blackbox and graybox scenarios without sacrificing false positive rate on normal examples. CCS CONCEPTS• Security and privacy → Domain-specific security and privacy architectures; • Computing methodologies → Neural networks;

由于缺乏对AI模型的安全性和鲁棒性的信任，近年来，深度学习模型（尤其是针对安全至关重要的系统）中的对抗性攻击正在越来越受到关注。然而，更原始的对抗性攻击可能是身体上不可行的，或者需要一些难以访问的资源，例如训练数据，这激发了斑块攻击的出现。在这项调查中，我们提供了全面的概述，以涵盖现有的对抗贴片攻击技术，旨在帮助感兴趣的研究人员迅速赶上该领域的进展。我们还讨论了针对对抗贴片的检测和防御措施的现有技术，旨在帮助社区更好地了解该领域及其在现实世界中的应用。

最近对机器学习（ML）模型的攻击，例如逃避攻击，具有对抗性示例，并通过提取攻击窃取了一些模型，构成了几种安全性和隐私威胁。先前的工作建议使用对抗性训练从对抗性示例中保护模型，以逃避模型的分类并恶化其性能。但是，这种保护技术会影响模型的决策边界及其预测概率，因此可能会增加模型隐私风险。实际上，仅使用对模型预测输出的查询访问的恶意用户可以提取它并获得高智能和高保真替代模型。为了更大的提取，这些攻击利用了受害者模型的预测概率。实际上，所有先前关于提取攻击的工作都没有考虑到出于安全目的的培训过程中的变化。在本文中，我们提出了一个框架，以评估具有视觉数据集对对抗训练的模型的提取攻击。据我们所知，我们的工作是第一个进行此类评估的工作。通过一项广泛的实证研究，我们证明了受对抗训练的模型比在自然训练情况下获得的模型更容易受到提取攻击的影响。他们可以达到高达$ \ times1.2 $更高的准确性和同意，而疑问低于$ \ times0.75 $。我们还发现，与从自然训练的（即标准）模型中提取的DNN相比，从鲁棒模型中提取的对抗性鲁棒性能力可通过提取攻击（即从鲁棒模型提取的深神经网络（DNN）提取的深神网络（DNN））传递。

Deep neural networks (DNNs) are one of the most prominent technologies of our time, as they achieve state-of-the-art performance in many machine learning tasks, including but not limited to image classification, text mining, and speech processing. However, recent research on DNNs has indicated ever-increasing concern on the robustness to adversarial examples, especially for security-critical tasks such as traffic sign identification for autonomous driving. Studies have unveiled the vulnerability of a well-trained DNN by demonstrating the ability of generating barely noticeable (to both human and machines) adversarial images that lead to misclassification. Furthermore, researchers have shown that these adversarial images are highly transferable by simply training and attacking a substitute model built upon the target model, known as a black-box attack to DNNs.Similar to the setting of training substitute models, in this paper we propose an effective black-box attack that also only has access to the input (images) and the output (confidence scores) of a targeted DNN. However, different from leveraging attack transferability from substitute models, we propose zeroth order optimization (ZOO) based attacks to directly estimate the gradients of the targeted DNN for generating adversarial examples. We use zeroth order stochastic coordinate descent along with dimension reduction, hierarchical attack and importance sampling techniques to * Pin-Yu Chen and Huan Zhang contribute equally to this work.

在过去的几年中，卷积神经网络（CNN）在各种现实世界的网络安全应用程序（例如网络和多媒体安全）中表现出了有希望的性能。但是，CNN结构的潜在脆弱性构成了主要的安全问题，因此不适合用于以安全为导向的应用程序，包括此类计算机网络。保护这些体系结构免受对抗性攻击，需要使用挑战性攻击的安全体系结构。在这项研究中，我们提出了一种基于合奏分类器的新型体系结构，该结构将1级分类（称为1C）的增强安全性与在没有攻击的情况下的传统2级分类（称为2C）的高性能结合在一起。我们的体系结构称为1.5级（Spritz-1.5c）分类器，并使用最终密度分类器，一个2C分类器（即CNNS）和两个并行1C分类器（即自动编码器）构造。在我们的实验中，我们通过在各种情况下考虑八次可能的对抗性攻击来评估我们提出的架构的鲁棒性。我们分别对2C和Spritz-1.5c体系结构进行了这些攻击。我们研究的实验结果表明，I-FGSM攻击对2C分类器的攻击成功率（ASR）是N-Baiot数据集训练的2C分类器的0.9900。相反，Spritz-1.5C分类器的ASR为0.0000。

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。