深度神经网络在解决各种现实世界任务中具有广泛的应用，并在计算机视觉，图像分类和自然语言处理等域中实现了令人满意的结果。同时，神经网络的安全性和稳健性成为必要的，因为不同的研究表明了神经网络的脆弱方面。在点的情况下，在自然语言处理任务中，神经网络可以由秘密修改的文本欺骗，这与原始文本具有高相似性。根据以前的研究，大多数研究都集中在图像领域;与图像逆势攻击不同，文本以离散序列表示，传统的图像攻击方法不适用于NLP字段。在本文中，我们提出了一个单词级NLP情绪分类器攻击模型，包括一种基于自我关注机制的词选择方法和用于Word替换的贪婪搜索算法。我们通过在IMDB数据集中攻击GRU和1D-CNN受害者模型进行攻击模型进行实验。实验结果表明，我们的模型达到了更高的攻击成功率，并且比以前的方法更有效，因为由于有效的单词选择算法，并且最小化了单词替代数。此外，我们的模型可转换，可用于具有多种修改的图像域。

Machine learning algorithms are often vulnerable to adversarial examples that have imperceptible alterations from the original counterparts but can fool the state-of-the-art models. It is helpful to evaluate or even improve the robustness of these models by exposing the maliciously crafted adversarial examples. In this paper, we present TEXTFOOLER, a simple but strong baseline to generate adversarial text. By applying it to two fundamental natural language tasks, text classification and textual entailment, we successfully attacked three target models, including the powerful pre-trained BERT, and the widely used convolutional and recurrent neural networks. We demonstrate three advantages of this framework:(1) effective-it outperforms previous attacks by success rate and perturbation rate, (2) utility-preserving-it preserves semantic content, grammaticality, and correct types classified by humans, and (3) efficient-it generates adversarial text with computational complexity linear to the text length. 1

尽管在许多机器学习任务方面取得了巨大成功，但深度神经网络仍然易于对抗对抗样本。虽然基于梯度的对抗攻击方法在计算机视野领域探索，但由于文本的离散性质，直接应用于自然语言处理中，这是不切实际的。为了弥合这一差距，我们提出了一般框架，以适应现有的基于梯度的方法来制作文本对抗性样本。在该框架中，将基于梯度的连续扰动添加到嵌入层中，并在前向传播过程中被放大。然后用掩模语言模型头解码最终的扰动潜在表示以获得潜在的对抗性样本。在本文中，我们将我们的框架与\ textbf {t} Extual \ TextBF {P} ROJECTED \ TextBF {G} Radient \ TextBF {D} excent（\ TextBF {TPGD}）进行ronject \ textbf {p}。我们通过在三个基准数据集上执行转移黑匣子攻击来评估我们的框架来评估我们的框架。实验结果表明，与强基线方法相比，我们的方法达到了更好的性能，并产生更精细和语法的对抗性样本。所有代码和数据都将公开。

在过去几年中，已经提出了各种文字攻击方法来揭示自然语言处理中使用的深度神经网络的脆弱性。通常，这些方法涉及一个重要的优化步骤，以确定原始输入中的每个单词使用的替代。然而，从对问题理解和解决问题的角度来看，对这一步骤的目前的研究仍然是有限的。在本文中，我们通过揭示问题的理论属性并提出有效的本地搜索算法（LS）来解决这些问题来解决这些问题。我们建立了一个关于解决问题的第一个可提供的近似保证。涉及5个NLP任务，8个数据集和26个NLP模型的扩展实验表明，LS可能大大降低了Qualies数量，以实现高攻击成功率。进一步的实验表明，LS制造的对抗例通常具有更高的质量，表现出更好的可转移性，并且可以通过对抗培训为受害者模型带来更高的鲁棒性改善。

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.

We propose an efficient method to generate white-box adversarial examples to trick a character-level neural classifier. We find that only a few manipulations are needed to greatly decrease the accuracy. Our method relies on an atomic flip operation, which swaps one token for another, based on the gradients of the onehot input vectors. Due to efficiency of our method, we can perform adversarial training which makes the model more robust to attacks at test time. With the use of a few semantics-preserving constraints, we demonstrate that HotFlip can be adapted to attack a word-level classifier as well.

深度变压器神经网络模型在生物医学域中提高了智能文本处理系统的预测精度。他们在各种各样的生物医学和临床自然语言处理（NLP）基准上获得了最先进的性能分数。然而，到目前为止，这些模型的稳健性和可靠性较小。神经NLP模型可以很容易地被对抗动物样本所欺骗，即输入的次要变化，以保留文本的含义和可理解性，而是强制NLP系统做出错误的决策。这提出了对生物医学NLP系统的安全和信任的严重担忧，特别是当他们旨在部署在现实世界用例中时。我们调查了多种变压器神经语言模型的强大，即Biobert，Scibert，Biomed-Roberta和Bio-Clinicalbert，在各种生物医学和临床文本处理任务中。我们实施了各种对抗的攻击方法来测试不同攻击方案中的NLP系统。实验结果表明，生物医学NLP模型对对抗性样品敏感;它们的性能平均分别平均下降21％和18.9个字符级和字级对抗噪声的绝对百分比。进行广泛的对抗训练实验，我们在清洁样品和对抗性投入的混合物上进行了微调NLP模型。结果表明，对抗性训练是对抗对抗噪声的有效防御机制;模型的稳健性平均提高11.3绝对百分比。此外，清洁数据的模型性能平均增加2.4个绝对存在，表明对抗性训练可以提高生物医学NLP系统的概括能力。

关于NLP模型的最先进攻击缺乏对成功攻击的共享定义。我们将思考从过去的工作蒸馏成统一的框架：一个成功的自然语言对抗性示例是欺骗模型并遵循一些语言限制的扰动。然后，我们分析了两个最先进的同义词替换攻击的产出。我们发现他们的扰动通常不会保留语义，38％引入语法错误。人类调查显示，为了成功保留语义，我们需要大大增加交换词语的嵌入和原始和扰动句子的句子编码之间的最小余弦相似之处。与更好的保留语义和语法性，攻击成功率下降超过70个百分点。

Adversarial attacks in NLP challenge the way we look at language models. The goal of this kind of adversarial attack is to modify the input text to fool a classifier while maintaining the original meaning of the text. Although most existing adversarial attacks claim to fulfill the constraint of semantics preservation, careful scrutiny shows otherwise. We show that the problem lies in the text encoders used to determine the similarity of adversarial examples, specifically in the way they are trained. Unsupervised training methods make these encoders more susceptible to problems with antonym recognition. To overcome this, we introduce a simple, fully supervised sentence embedding technique called Semantics-Preserving-Encoder (SPE). The results show that our solution minimizes the variation in the meaning of the adversarial examples generated. It also significantly improves the overall quality of adversarial examples, as confirmed by human evaluators. Furthermore, it can be used as a component in any existing attack to speed up its execution while maintaining similar attack success.

Robustness evaluation against adversarial examples has become increasingly important to unveil the trustworthiness of the prevailing deep models in natural language processing (NLP). However, in contrast to the computer vision domain where the first-order projected gradient descent (PGD) is used as the benchmark approach to generate adversarial examples for robustness evaluation, there lacks a principled first-order gradient-based robustness evaluation framework in NLP. The emerging optimization challenges lie in 1) the discrete nature of textual inputs together with the strong coupling between the perturbation location and the actual content, and 2) the additional constraint that the perturbed text should be fluent and achieve a low perplexity under a language model. These challenges make the development of PGD-like NLP attacks difficult. To bridge the gap, we propose TextGrad, a new attack generator using gradient-driven optimization, supporting high-accuracy and high-quality assessment of adversarial robustness in NLP. Specifically, we address the aforementioned challenges in a unified optimization framework. And we develop an effective convex relaxation method to co-optimize the continuously-relaxed site selection and perturbation variables and leverage an effective sampling method to establish an accurate mapping from the continuous optimization variables to the discrete textual perturbations. Moreover, as a first-order attack generation method, TextGrad can be baked into adversarial training to further improve the robustness of NLP models. Extensive experiments are provided to demonstrate the effectiveness of TextGrad not only in attack generation for robustness evaluation but also in adversarial defense.

最近的研究表明，预训练的语言模型（LMS）容易受到文本对抗性攻击的影响。但是，现有的攻击方法要么遭受低攻击成功率，要么无法在指数级的扰动空间中有效搜索。我们提出了一个有效有效的框架Semattack，以通过构建不同的语义扰动函数来生成自然的对抗文本。特别是，Semattack优化了对通用语义空间约束的生成的扰动，包括错字空间，知识空间（例如WordNet），上下文化的语义空间（例如，BERT群集的嵌入空间）或这些空间的组合。因此，生成的对抗文本在语义上更接近原始输入。广泛的实验表明，最新的（SOTA）大规模LMS（例如Deberta-V2）和国防策略（例如Freelb）仍然容易受到Semattack的影响。我们进一步证明，Semattack是一般的，并且能够为具有较高攻击成功率的不同语言（例如英语和中文）生成自然的对抗文本。人类评估还证实，我们产生的对抗文本是自然的，几乎不会影响人类的表现。我们的代码可在https://github.com/ai-secure/semattack上公开获取。

过去几年的对抗性文本攻击领域已经大大增长，其中常见的目标是加工可以成功欺骗目标模型的对抗性示例。然而，攻击的难以察觉，也是基本目标，通常被以前的研究遗漏。在这项工作中，我们倡导同时考虑两个目标，并提出一种新的多优化方法（被称为水合物转速），具有可提供的绩效保证，以实现高稳定性的成功攻击。我们通过基于分数和决策的设置，展示了HydroText通过广泛实验的效果，涉及五个基于基准数据集的现代NLP模型。与现有的最先进的攻击相比，Hydratext同时实现了更高的成功率，更低的修改率和与原始文本更高的语义相似性。人类评估研究表明，由水分精制成的对抗例保持良好的有效性和自然。最后，这些例子也表现出良好的可转移性，并且可以通过对抗性培训为目标模型带来显着的稳健性。

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。

发现普遍的对抗性扰动的存在对对抗性学习领域具有很大的理论和实际影响。在文本域中，大多数通用研究都集中在添加到所有文本中的对抗前缀上。但是，与视觉域不同，在不同输入中添加相同的扰动会导致明显不自然的输入。因此，我们介绍了一种新的通用对手设置 - 一种通用的对抗性政策，它具有其他普遍攻击的许多优势，但也导致有效文本 - 从而使其在实践中具有重要意义。我们通过在许多文本上学习保存文本更改的一组语义集，学习单个搜索策略来实现这一目标。这种公式是普遍的，因为该政策成功地在新文本上找到了对抗性示例。我们的方法使用文本扰动，这些扰动已被广泛显示，以在非普遍设置（特定的同义词替代品）中产生自然攻击。我们建议对使用强化学习的这种表述进行强有力的基线方法。它可以概括（从几乎没有500个培训文本）表明文本域中也存在普遍的对抗模式。

基于深度学习的NLP模型被发现容易受到Word替代扰动的影响。在他们被广泛采用之前，需要解决坚固性的基本问题。沿着这条线，我们提出了一个正式的框架来评估词语级鲁棒性。首先，要研究模型的安全区域，我们引入了稳健的半径，这是模型可以抵抗任何扰动的边界。计算最大鲁棒性半径的计算变硬，我们估计其上限和下限。我们将攻击方法作为寻求上限和设计伪动态编程算法的攻击方法，用于更紧密的上限。然后验证方法用于下限。此外，为了评估在安全半径之外的区域的稳健性，我们从另一个视图中重新征服鲁棒性：量化。引入了具有严格统计保障的鲁棒度量，以测量对抗性示例的定量，这表明该模型对安全半径之外的扰动的敏感性。该度量有助于我们弄清楚为什么伯特这样的最先进的模型可以很容易地被几个单词替换所吸引，但在现实世界的噪音存在下概括很好。

解释方法已成为突出导致神经网络预测的功能的重要工具。有越来越多的证据表明，许多解释方法相当不可靠，并且容易受到恶意操纵的影响。在本文中，我们尤其旨在了解文本模式中解释方法的鲁棒性。我们提供了最初的见解和结果，以设计成功的对抗性攻击文本解释。据我们所知，这是评估解释方法的对抗性鲁棒性的首次尝试。我们的实验表明，解释方法可能会在很大程度上被打扰，最多可以在86％的测试样品中受到输入句子及其语义的较小变化。

最近的自然语言处理（NLP）技术在基准数据集中实现了高性能，主要原因是由于深度学习性能的显着改善。研究界的进步导致了最先进的NLP任务的生产系统的巨大增强，例如虚拟助理，语音识别和情感分析。然而，随着对抗性攻击测试时，这种NLP系统仍然仍然失败。初始缺乏稳健性暴露于当前模型的语言理解能力中的令人不安的差距，当NLP系统部署在现实生活中时，会产生问题。在本文中，我们通过以各种维度的系统方式概述文献来展示了NLP稳健性研究的结构化概述。然后，我们深入了解稳健性的各种维度，跨技术，指标，嵌入和基准。最后，我们认为，鲁棒性应该是多维的，提供对当前研究的见解，确定文学中的差距，以建议值得追求这些差距的方向。

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。

我们将自然语言处理模型的脆弱性归因于以下事实：类似的输入转换为嵌入空间中不同的表示形式，导致输出不一致，我们提出了一种新颖的强大训练方法，称为快速三胞胎度量度量学习（FTML）。具体而言，我们认为原始样本应具有相似的表示及其对手对应物，并将其代表与其他样品区分开，以提高鲁棒性。为此，我们将三胞胎度量学习采用标准培训中，以将单词更接近其正样本（即同义词），并在嵌入空间中推出其负面样本（即非综合样品）。广泛的实验表明，FTML可以显着促进模型的鲁棒性，以针对各种高级对抗攻击，同时保持对原始样品的竞争性分类精度。此外，我们的方法是有效的，因为它只需要调整嵌入方式，并且在标准培训上引入了很少的开销。我们的工作显示出通过稳健的单词嵌入来改善文本鲁棒性的巨大潜力。

Recently it has been shown that state-of-the-art NLP models are vulnerable to adversarial attacks, where the predictions of a model can be drastically altered by slight modifications to the input (such as synonym substitutions). While several defense techniques have been proposed, and adapted, to the discrete nature of text adversarial attacks, the benefits of general-purpose regularization methods such as label smoothing for language models, have not been studied. In this paper, we study the adversarial robustness provided by various label smoothing strategies in foundational models for diverse NLP tasks in both in-domain and out-of-domain settings. Our experiments show that label smoothing significantly improves adversarial robustness in pre-trained models like BERT, against various popular attacks. We also analyze the relationship between prediction confidence and robustness, showing that label smoothing reduces over-confident errors on adversarial examples.