由于它们对机器学习系统部署的可靠性的影响，对抗性样本的可转移性成为严重关注的问题，因为它们发现了进入许多关键应用程序的方式。了解影响对抗性样本可转移性的因素可以帮助专家了解如何建立鲁棒和可靠的机器学习系统的明智决策。本研究的目标是通过以攻击为中心的方法提供对对抗性样本可转移性背后的机制的见解。这种攻击的视角解释了通过评估机器学习攻击的影响（在给定的输入数据集中的影响来解释对抗性样本。为实现这一目标，我们使用攻击者模型产生对抗性样本并将这些样本转移到受害者模型中。我们分析了受害者模型对抗对抗样本的行为，并概述了可能影响对抗性样本可转移性的四种因素。虽然这些因素不一定是详尽无遗的，但它们对机器学习系统的研究人员和从业者提供了有用的见解。

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。

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。

Machine learning (ML) models, e.g., deep neural networks (DNNs), are vulnerable to adversarial examples: malicious inputs modified to yield erroneous model outputs, while appearing unmodified to human observers. Potential attacks include having malicious content like malware identified as legitimate or controlling vehicle behavior. Yet, all existing adversarial example attacks require knowledge of either the model internals or its training data. We introduce the first practical demonstration of an attacker controlling a remotely hosted DNN with no such knowledge. Indeed, the only capability of our black-box adversary is to observe labels given by the DNN to chosen inputs. Our attack strategy consists in training a local model to substitute for the target DNN, using inputs synthetically generated by an adversary and labeled by the target DNN. We use the local substitute to craft adversarial examples, and find that they are misclassified by the targeted DNN. To perform a real-world and properly-blinded evaluation, we attack a DNN hosted by MetaMind, an online deep learning API. We find that their DNN misclassifies 84.24% of the adversarial examples crafted with our substitute. We demonstrate the general applicability of our strategy to many ML techniques by conducting the same attack against models hosted by Amazon and Google, using logistic regression substitutes. They yield adversarial examples misclassified by Amazon and Google at rates of 96.19% and 88.94%. We also find that this black-box attack strategy is capable of evading defense strategies previously found to make adversarial example crafting harder.

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。

普遍的对策扰动是图像不可思议的和模型 - 无关的噪声，当添加到任何图像时可以误导训练的深卷积神经网络进入错误的预测。由于这些普遍的对抗性扰动可以严重危害实践深度学习应用的安全性和完整性，因此现有技术使用额外的神经网络来检测输入图像源的这些噪声的存在。在本文中，我们展示了一种攻击策略，即通过流氓手段激活（例如，恶意软件，木马）可以通过增强AI硬件加速器级的对抗噪声来绕过这些现有对策。我们使用Conv2D功能软件内核的共同仿真和FuseSoC环境下的硬件的Verilog RTL模型的共同仿真，展示了关于几个深度学习模型的加速度普遍对抗噪声。

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％。

机器学习模型容易受到对抗攻击的影响。在本文中，我们考虑将模型分发给多个用户的场景，其中恶意用户尝试攻击另一个用户。恶意用户探测其模型的副本以搜索对抗性样本，然后向受害者模型提出发现的样本以复制攻击。我们指出，通过将模型的不同副本分发给不同的用户，我们可以减轻攻击，使得在一份副本上发现的对手样本不会在另一个副本上工作。我们首先观察到培训具有不同随机性的模型确实减轻了某种程度的这种复制。但是，没有保证和再培训是计算昂贵的。接下来，我们提出了一种灵活的参数重写方法，可直接修改模型的参数。该方法不需要额外的训练，并且能够以更可控的方式在不同拷贝中诱导不同的对抗性样本。实验研究表明，我们的方法可以显着减轻攻击，同时保持高分类准确性。从这项研究中，我们认为有许多有价值的方向值得探索。

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.

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。

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。

深度学习的进步使得广泛的有希望的应用程序。然而，这些系统容易受到对抗机器学习（AML）攻击的影响;对他们的意见的离前事实制作的扰动可能导致他们错误分类。若干最先进的对抗性攻击已经证明他们可以可靠地欺骗分类器，使这些攻击成为一个重大威胁。对抗性攻击生成算法主要侧重于创建成功的例子，同时控制噪声幅度和分布，使检测更加困难。这些攻击的潜在假设是脱机产生的对抗噪声，使其执行时间是次要考虑因素。然而，最近，攻击者机会自由地产生对抗性示例的立即对抗攻击已经可能。本文介绍了一个新问题：我们如何在实时约束下产生对抗性噪音，以支持这种实时对抗攻击？了解这一问题提高了我们对这些攻击对实时系统构成的威胁的理解，并为未来防御提供安全评估基准。因此，我们首先进行对抗生成算法的运行时间分析。普遍攻击脱机产生一般攻击，没有在线开销，并且可以应用于任何输入;然而，由于其一般性，他们的成功率是有限的。相比之下，在特定输入上工作的在线算法是计算昂贵的，使它们不适合在时间约束下的操作。因此，我们提出房间，一种新型实时在线脱机攻击施工模型，其中离线组件用于预热在线算法，使得可以在时间限制下产生高度成功的攻击。

无线系统应用中深度学习（DL）的成功出现引起了人们对与安全有关的新挑战的担忧。一个这样的安全挑战是对抗性攻击。尽管已经有很多工作证明了基于DL的分类任务对对抗性攻击的敏感性，但是从攻击的角度来看，尚未对无线系统的基于回归的问题进行基于回归的问题。本文的目的是双重的：（i）我们在无线设置中考虑回归问题，并表明对抗性攻击可以打破基于DL的方法，并且（ii）我们将对抗性训练作为对抗性环境中的防御技术的有效性分析并表明基于DL的无线系统对攻击的鲁棒性有了显着改善。具体而言，本文考虑的无线应用程序是基于DL的功率分配，以多细胞大量多输入 - 销售输出系统的下行链路分配，攻击的目的是通过DL模型产生不可行的解决方案。我们扩展了基于梯度的对抗性攻击：快速梯度标志方法（FGSM），动量迭代FGSM和预计的梯度下降方法，以分析具有和没有对抗性训练的考虑的无线应用的敏感性。我们对这些攻击进行了分析深度神经网络（DNN）模型的性能，在这些攻击中，使用白色框和黑盒攻击制作了对抗性扰动。

An intriguing property of deep neural networks is the existence of adversarial examples, which can transfer among different architectures. These transferable adversarial examples may severely hinder deep neural network-based applications. Previous works mostly study the transferability using small scale datasets. In this work, we are the first to conduct an extensive study of the transferability over large models and a large scale dataset, and we are also the first to study the transferability of targeted adversarial examples with their target labels. We study both non-targeted and targeted adversarial examples, and show that while transferable non-targeted adversarial examples are easy to find, targeted adversarial examples generated using existing approaches almost never transfer with their target labels. Therefore, we propose novel ensemble-based approaches to generating transferable adversarial examples. Using such approaches, we observe a large proportion of targeted adversarial examples that are able to transfer with their target labels for the first time. We also present some geometric studies to help understanding the transferable adversarial examples. Finally, we show that the adversarial examples generated using ensemble-based approaches can successfully attack Clarifai.com, which is a black-box image classification system. * Work is done while visiting UC Berkeley.

机器学习算法已被证明通过系统修改（例如，图像识别）中的输入（例如，对抗性示例）的系统修改（例如，对抗性示例）容易受到对抗操作的影响。在默认威胁模型下，对手利用了图像的无约束性质。每个功能（像素）完全由对手控制。但是，尚不清楚这些攻击如何转化为限制对手可以修改的特征以及如何修改特征的约束域（例如，网络入侵检测）。在本文中，我们探讨了受约束的域是否比不受约束的域对对抗性示例生成算法不那么脆弱。我们创建了一种用于生成对抗草图的算法：针对性的通用扰动向量，该向量在域约束的信封内编码特征显着性。为了评估这些算法的性能，我们在受约束（例如网络入侵检测）和不受约束（例如图像识别）域中评估它们。结果表明，我们的方法在约束域中产生错误分类率，这些域与不受约束的域（大于95％）相当。我们的调查表明，受约束域暴露的狭窄攻击表面仍然足够大，可以制作成功的对抗性例子。因此，约束似乎并不能使域变得健壮。实际上，只有五个随机选择的功能，仍然可以生成对抗性示例。

时间序列异常检测在统计，经济学和计算机科学中进行了广泛的研究。多年来，使用基于深度学习的方法为时间序列异常检测提出了许多方法。这些方法中的许多方法都在基准数据集上显示了最先进的性能，给人一种错误的印象，即这些系统在许多实用和工业现实世界中都可以强大且可部署。在本文中，我们证明了最先进的异常检测方法的性能通过仅在传感器数据中添加小的对抗扰动来实质性地降解。我们使用不同的评分指标，例如预测错误，异常和分类评分，包括几个公共和私人数据集，从航空航天应用程序，服务器机器到发电厂的网络物理系统。在众所周知的对抗攻击中，来自快速梯度标志方法（FGSM）和预计梯度下降（PGD）方法，我们证明了最新的深神经网络（DNNS）和图形神经网络（GNNS）方法，这些方法声称这些方法是要对异常进行稳健，并且可能已集成在现实生活中，其性能下降到低至0％。据我们最好的理解，我们首次证明了针对对抗攻击的异常检测系统的脆弱性。这项研究的总体目标是提高对时间序列异常检测器的对抗性脆弱性的认识。