引起超越预测的对手示例被广泛用于评估和改善机器学习模型的鲁棒性。然而，目前的研究侧重于监督学习任务，依赖于地面真理数据标签，目标目标或从训练有素的分类器的监督。在本文中，我们提出了一种为无监督模型产生对抗性示例的框架，并证明了数据增强的新应用。我们的框架利用相互信息神经估算器作为信息理论相似度措施，以产生未经监督的对抗示例。我们提出了一种新的MinMax算法，可提供可提供的融合保证，以便有效地产生无监督的对抗性示例。我们的框架也可以扩展到受监督的对抗性示例。在使用无监督的对冲示例作为用于模型再检验的简单插件数据增强工具时，在不同无监督的任务和数据集中一直观察到显着的改进，包括数据重建，表示学习和对比学习。我们的结果表明，通过对抗示例研究和改善无监督机器学习的新方法和相当大的优势。

对抗性的鲁棒性已经成为深度学习的核心目标，无论是在理论和实践中。然而，成功的方法来改善对抗的鲁棒性（如逆势训练）在不受干扰的数据上大大伤害了泛化性能。这可能会对对抗性鲁棒性如何影响现实世界系统的影响（即，如果它可以提高未受干扰的数据的准确性），许多人可能选择放弃鲁棒性）。我们提出内插对抗培训，该培训最近雇用了在对抗培训框架内基于插值的基于插值的培训方法。在CiFar -10上，对抗性训练增加了标准测试错误（当没有对手时）从4.43％到12.32％，而我们的内插对抗培训我们保留了对抗性的鲁棒性，同时实现了仅6.45％的标准测试误差。通过我们的技术，强大模型标准误差的相对增加从178.1％降至仅为45.5％。此外，我们提供内插对抗性培训的数学分析，以确认其效率，并在鲁棒性和泛化方面展示其优势。

最大限度的训练原则，最大限度地减少最大的对抗性损失，也称为对抗性培训（AT），已被证明是一种提高对抗性鲁棒性的最先进的方法。尽管如此，超出了在对抗环境中尚未经过严格探索的最小最大优化。在本文中，我们展示了如何利用多个领域的最小最大优化的一般框架，以推进不同类型的对抗性攻击的设计。特别是，给定一组风险源，最小化最坏情况攻击损失可以通过引入在域集的概率单纯x上最大化的域权重来重新重整为最小最大问题。我们在三次攻击生成问题中展示了这个统一的框架 - 攻击模型集合，在多个输入下设计了通用扰动，并制作攻击对数据转换的弹性。广泛的实验表明，我们的方法导致对现有的启发式策略以及对培训的最先进的防御方法而言，鲁棒性改善，培训对多种扰动类型具有稳健。此外，我们发现，从我们的MIN-MAX框架中学到的自调整域权重可以提供整体工具来解释跨域攻击难度的攻击水平。代码可在https://github.com/wangjksjtu/minmaxsod中获得。

基于K-Nearest的邻居（KNN）的深度学习方法，由于其简单性和几何解释性，已应用于许多应用。但是，尚未对基于KNN的分类模型的鲁棒性进行彻底探索，而KNN攻击策略欠发达。在本文中，我们提出了对敌对的软knn（询问）损失，以设计更有效的KNN攻击策略，并为他们提供更好的防御能力。我们的问损失方法有两个优势。首先，与以前的作品中提出的目标相比，问问损失可以更好地近似KNN分类错误的可能性。其次，询问损失是可以解释的：它保留了扰动输入和课堂参考数据之间的相互信息。我们使用询问损失来生成一种名为Ask-Attack（Ask-ATK）的新颖攻击方法，该方法显示出相对于先前的KNN攻击，显示出了卓越的攻击效率和准确性降解。然后，基于Ask-ATK，我们得出了一个Ask \ supessline {def} ense（ask-def）方法，该方法优化了Ask-ATK引起的最坏情况训练损失。 CIFAR-10（IMAGENET）上的实验表明，（i）Ask-Atk成就$ \ geq 13 \％$（$ \ geq 13 \％$）提高了先前的KNN攻击的攻击成功率，以及（ii）ask-def $ \ geq 6.9 \％$（$ \ geq 3.5 \％$）在稳健性改善方面胜过常规的对抗训练方法。

我们理论上和经验地证明，对抗性鲁棒性可以显着受益于半体验学习。从理论上讲，我们重新审视了Schmidt等人的简单高斯模型。这显示了标准和稳健分类之间的示例复杂性差距。我们证明了未标记的数据桥接这种差距：简单的半体验学习程序（自我训练）使用相同数量的达到高标准精度所需的标签实现高的强大精度。经验上，我们增强了CiFar-10，使用50万微小的图像，使用了8000万微小的图像，并使用强大的自我训练来优于最先进的鲁棒精度（i）$ \ ell_ infty $鲁棒性通过对抗培训和（ii）认证$ \ ell_2 $和$ \ ell_ \ infty $鲁棒性通过随机平滑的几个强大的攻击。在SVHN上，添加DataSet自己的额外训练集，删除的标签提供了4到10个点的增益，在使用额外标签的1点之内。

神经网络容易受到对抗性攻击的攻击：在其输入中添加精心设计，不可察觉的扰动可以改变其输出。对抗训练是针对此类攻击的训练强大模型的最有效方法之一。不幸的是，这种方法比神经网络的香草培训要慢得多，因为它需要在每次迭代时为整个培训数据构建对抗性示例。通过利用核心选择理论，我们展示了如何选择一小部分训练数据提供了一种原则性的方法来降低健壮训练的时间复杂性。为此，我们首先为对抗核心选择提供收敛保证。特别是，我们表明收敛界限直接与我们的核心在整个训练数据中计算出的梯度的距离如何。在我们的理论分析的激励下，我们建议使用此梯度近似误差作为对抗核心选择目标，以有效地减少训练集大小。建造后，我们在培训数据的这一子集上进行对抗训练。与现有方法不同，我们的方法可以适应各种培训目标，包括交易，$ \ ell_p $ -pgd和感知性对手培训。我们进行了广泛的实验，以证明我们的进近可以使对抗性训练加快2-3次，同时在清洁和稳健的精度中略有降解。

对抗训练（AT）在防御对抗例子方面表现出色。最近的研究表明，示例对于AT期间模型的最终鲁棒性并不同样重要，即，所谓的硬示例可以攻击容易表现出比对最终鲁棒性的鲁棒示例更大的影响。因此，保证硬示例的鲁棒性对于改善模型的最终鲁棒性至关重要。但是，定义有效的启发式方法来寻找辛苦示例仍然很困难。在本文中，受到信息瓶颈（IB）原则的启发，我们发现了一个具有高度共同信息及其相关的潜在表示的例子，更有可能受到攻击。基于此观察，我们提出了一种新颖有效的对抗训练方法（Infoat）。鼓励Infoat找到具有高相互信息的示例，并有效利用它们以提高模型的最终鲁棒性。实验结果表明，与几种最先进的方法相比，Infoat在不同数据集和模型之间达到了最佳的鲁棒性。

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。

研究神经网络中重量扰动的敏感性及其对模型性能的影响，包括泛化和鲁棒性，是一种积极的研究主题，因为它对模型压缩，泛化差距评估和对抗攻击等诸如模型压缩，泛化差距评估和对抗性攻击的广泛机器学习任务。在本文中，我们在重量扰动下的鲁棒性方面提供了前馈神经网络的第一积分研究和分析及其在体重扰动下的泛化行为。我们进一步设计了一种新的理论驱动损失功能，用于培训互动和强大的神经网络免受重量扰动。进行实证实验以验证我们的理论分析。我们的结果提供了基本洞察，以表征神经网络免受重量扰动的泛化和鲁棒性。

We identify a trade-off between robustness and accuracy that serves as a guiding principle in the design of defenses against adversarial examples. Although this problem has been widely studied empirically, much remains unknown concerning the theory underlying this trade-off. In this work, we decompose the prediction error for adversarial examples (robust error) as the sum of the natural (classification) error and boundary error, and provide a differentiable upper bound using the theory of classification-calibrated loss, which is shown to be the tightest possible upper bound uniform over all probability distributions and measurable predictors. Inspired by our theoretical analysis, we also design a new defense method, TRADES, to trade adversarial robustness off against accuracy. Our proposed algorithm performs well experimentally in real-world datasets. The methodology is the foundation of our entry to the NeurIPS 2018 Adversarial Vision Challenge in which we won the 1st place out of ~2,000 submissions, surpassing the runner-up approach by 11.41% in terms of mean 2 perturbation distance.

改善深度神经网络（DNN）对抗对抗示例的鲁棒性是安全深度学习的重要而挑战性问题。跨越现有的防御技术，具有预计梯度体面（PGD）的对抗培训是最有效的。对手训练通过最大化分类丢失，通过最大限度地减少从内在最大化生成的逆势示例的丢失来解决\ excepitient {内部最大化}生成侵略性示例的初始最大优化问题。 。因此，衡量内部最大化的衡量标准是如何对对抗性培训至关重要的。在本文中，我们提出了这种标准，即限制优化（FOSC）的一阶静止条件，以定量评估内部最大化中发现的对抗性实例的收敛质量。通过FOSC，我们发现，为了确保更好的稳健性，必须在培训的\ Texit {稍后的阶段}中具有更好的收敛质量的对抗性示例。然而，在早期阶段，高收敛质量的对抗例子不是必需的，甚至可能导致稳健性差。基于这些观察，我们提出了一种\ Texit {动态}培训策略，逐步提高产生的对抗性实例的收敛质量，这显着提高了对抗性培训的鲁棒性。我们的理论和经验结果表明了该方法的有效性。

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.

最近，对抗性训练已被纳入自我监督的对比预训练中，以增强标签效率，并具有令人兴奋的对抗性鲁棒性。但是，鲁棒性是经过昂贵的对抗训练的代价。在本文中，我们表明了一个令人惊讶的事实，即对比的预训练与稳健性具有有趣而隐含的联系，并且在经过训练的代表中如此自然的鲁棒性使我们能够设计出一种强大的鲁棒算法，以防止对抗性攻击，Rush，将标准组合在一起。对比的预训练和随机平滑。它提高了标准准确性和强大的精度，并且与对抗训练相比，培训成本大大降低了。我们使用广泛的经验研究表明，拟议中的Rush在一阶攻击下的共同基准（CIFAR-10，CIFAR-100和STL-10）的大幅度优于对抗性训练的强大分类器。特别是，在$ \ ell _ {\ infty} $下 - 大小为8/255 PGD攻击CIFAR-10的标准扰动，我们使用RESNET-18作为骨架达到77.8％的型号达到77.8％稳健精度和87.9％的标准精度。与最先进的工作相比，我们的工作的鲁棒精度提高了15％以上，标准准确性略有提高。

由明确的反对派制作的对抗例子在机器学习中引起了重要的关注。然而，潜在虚假朋友带来的安全风险基本上被忽视了。在本文中，我们揭示了虚伪的例子的威胁 - 最初被错误分类但是虚假朋友扰乱的投入，以强迫正确的预测。虽然这种扰动的例子似乎是无害的，但我们首次指出，它们可能是恶意地用来隐瞒评估期间不合格（即，不如所需）模型的错误。一旦部署者信任虚伪的性能并在真实应用程序中应用“良好的”模型，即使在良性环境中也可能发生意外的失败。更严重的是，这种安全风险似乎是普遍存在的：我们发现许多类型的不合标准模型易受多个数据集的虚伪示例。此外，我们提供了第一次尝试，以称为虚伪风险的公制表征威胁，并试图通过一些对策来规避它。结果表明对策的有效性，即使在自适应稳健的培训之后，风险仍然是不可忽视的。

删除攻击旨在通过略微扰动正确标记的训练示例的特征来大幅恶化学习模型的测试准确性。通过将这种恶意攻击正式地找到特定$ \ infty $ -wassersein球中的最坏情况培训数据，我们表明最小化扰动数据的对抗性风险相当于优化原始数据上的自然风险的上限。这意味着对抗性培训可以作为防止妄想攻击的原则防御。因此，通过普遍训练可以很大程度地回收测试精度。为了进一步了解国防的内部机制，我们披露了对抗性培训可以通过防止学习者过于依赖于自然环境中的非鲁棒特征来抵制妄想扰动。最后，我们将我们的理论调查结果与一系列关于流行的基准数据集进行了补充，这表明防御能够承受六种不同的实际攻击。在面对令人难以闻名的对手时，理论和经验结果投票给逆势训练。

成本敏感的分类对于错误分类错误的成本差异很大，至关重要。但是，过度参数化对深神经网络（DNNS）的成本敏感建模构成了基本挑战。 DNN完全插值训练数据集的能力可以渲染DNN，纯粹在训练集上进行评估，无效地区分了成本敏感的解决方案和其总体准确性最大化。这需要重新思考DNN中的成本敏感分类。为了应对这一挑战，本文提出了一个具有成本敏感的对抗数据增强（CSADA）框架，以使过度参数化的模型成本敏感。总体想法是生成针对性的对抗示例，以推动成本感知方向的决策边界。这些有针对性的对抗样本是通过最大化关键分类错误的可能性而产生的，并用于训练一个模型，以更加保守的对成对的决策。公开可用的有关著名数据集和药物药物图像（PMI）数据集的实验表明，我们的方法可以有效地最大程度地减少整体成本并减少关键错误，同时在整体准确性方面达到可比的性能。

Deep neural networks (DNNs) are known to be vulnerable to adversarial attacks that would trigger misclassification of DNNs but may be imperceptible to human perception. Adversarial defense has been important ways to improve the robustness of DNNs. Existing attack methods often construct adversarial examples relying on some metrics like the $\ell_p$ distance to perturb samples. However, these metrics can be insufficient to conduct adversarial attacks due to their limited perturbations. In this paper, we propose a new internal Wasserstein distance (IWD) to capture the semantic similarity of two samples, and thus it helps to obtain larger perturbations than currently used metrics such as the $\ell_p$ distance We then apply the internal Wasserstein distance to perform adversarial attack and defense. In particular, we develop a novel attack method relying on IWD to calculate the similarities between an image and its adversarial examples. In this way, we can generate diverse and semantically similar adversarial examples that are more difficult to defend by existing defense methods. Moreover, we devise a new defense method relying on IWD to learn robust models against unseen adversarial examples. We provide both thorough theoretical and empirical evidence to support our methods.

对抗性例子的现象说明了深神经网络最基本的漏洞之一。在推出这一固有的弱点的各种技术中，对抗性训练已成为学习健壮模型的最有效策略。通常，这是通过平衡强大和自然目标来实现的。在这项工作中，我们旨在通过执行域不变的功能表示，进一步优化鲁棒和标准准确性之间的权衡。我们提出了一种新的对抗训练方法，域不变的对手学习（DIAL），该方法学习了一个既健壮又不变的功能表示形式。拨盘使用自然域及其相应的对抗域上的域对抗神经网络（DANN）的变体。在源域由自然示例组成和目标域组成的情况下，是对抗性扰动的示例，我们的方法学习了一个被限制的特征表示，以免区分自然和对抗性示例，因此可以实现更强大的表示。拨盘是一种通用和模块化技术，可以轻松地将其纳入任何对抗训练方法中。我们的实验表明，将拨号纳入对抗训练过程中可以提高鲁棒性和标准精度。

We propose the Square Attack, a score-based black-box l2and l∞-adversarial attack that does not rely on local gradient information and thus is not affected by gradient masking. Square Attack is based on a randomized search scheme which selects localized squareshaped updates at random positions so that at each iteration the perturbation is situated approximately at the boundary of the feasible set. Our method is significantly more query efficient and achieves a higher success rate compared to the state-of-the-art methods, especially in the untargeted setting. In particular, on ImageNet we improve the average query efficiency in the untargeted setting for various deep networks by a factor of at least 1.8 and up to 3 compared to the recent state-ofthe-art l∞-attack of Al-Dujaili & OReilly (2020). Moreover, although our attack is black-box, it can also outperform gradient-based white-box attacks on the standard benchmarks achieving a new state-of-the-art in terms of the success rate. The code of our attack is available at https://github.com/max-andr/square-attack.

深度卷积神经网络（CNN）很容易被输入图像的细微，不可察觉的变化所欺骗。为了解决此漏洞，对抗训练会创建扰动模式，并将其包括在培训设置中以鲁棒性化模型。与仅使用阶级有限信息的现有对抗训练方法（例如，使用交叉渗透损失）相反，我们建议利用功能空间中的其他信息来促进更强的对手，这些信息又用于学习强大的模型。具体来说，我们将使用另一类的目标样本的样式和内容信息以及其班级边界信息来创建对抗性扰动。我们以深入监督的方式应用了我们提出的多任务目标，从而提取了多尺度特征知识，以创建最大程度地分开对手。随后，我们提出了一种最大边缘对抗训练方法，该方法可最大程度地减少源图像与其对手之间的距离，并最大程度地提高对手和目标图像之间的距离。与最先进的防御能力相比，我们的对抗训练方法表明了强大的鲁棒性，可以很好地推广到自然发生的损坏和数据分配变化，并保留了清洁示例的模型准确性。