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。
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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
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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.
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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。
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对抗性鲁棒性评估了机器学习模型的最坏情况性能方案，以确保其安全性和可靠性。这项研究是第一个研究视觉接地对话模型对文本攻击的鲁棒性的一项。这些攻击代表了最坏的情况，其中输入问题包含一个同义词，该代名词导致先前正确的模型返回错误的答案。使用这种情况，我们首先旨在了解多模式输入组件如何促进模型鲁棒性。我们的结果表明，编码对话框历史记录的模型更强大，并且在对历史记录发动攻击时，模型预测变得更加不确定。这与先前的工作相反，后者发现对话记录在此任务上的模型性能可以忽略不计。我们还评估了如何生成对抗性测试示例，这些测试示例成功地欺骗了模型，但仍未被用户/软件设计人员发现。我们发现文本以及视觉上下文对于生成合理的最坏情况很重要。
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离散对手攻击是对保留输出标签的语言输入的象征性扰动，但导致预测误差。虽然这种攻击已经广泛探索了评估模型稳健性的目的，但他们的改善稳健性的效用仅限于离线增强。具体地，给定训练有素的模型，攻击用于产生扰动（对抗性）示例，并且模型重新培训一次。在这项工作中，我们解决了这个差距并利用了在线增强的离散攻击，在每个训练步骤中产生了对抗的例子，适应模型的变化性质。我们提出（i）基于最佳搜索的新的离散攻击，以及（ii）与现有工作不同的随机采样攻击不是基于昂贵的搜索过程。令人惊讶的是，我们发现随机抽样导致鲁棒性的令人印象深刻，优于普通使用的离线增强，同时导致训练时间〜10x的加速。此外，在线增强基于搜索的攻击证明了更高的培训成本，显着提高了三个数据集的鲁棒性。最后，我们表明我们的新攻击与先前的方法相比，我们的新攻击显着提高了鲁棒性。
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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.
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Adversarial training is widely acknowledged as the most effective defense against adversarial attacks. However, it is also well established that achieving both robustness and generalization in adversarially trained models involves a trade-off. The goal of this work is to provide an in depth comparison of different approaches for adversarial training in language models. Specifically, we study the effect of pre-training data augmentation as well as training time input perturbations vs. embedding space perturbations on the robustness and generalization of BERT-like language models. Our findings suggest that better robustness can be achieved by pre-training data augmentation or by training with input space perturbation. However, training with embedding space perturbation significantly improves generalization. A linguistic correlation analysis of neurons of the learned models reveal that the improved generalization is due to `more specialized' neurons. To the best of our knowledge, this is the first work to carry out a deep qualitative analysis of different methods of generating adversarial examples in adversarial training of language models.
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大规模的预训练语言模型在广泛的自然语言理解（NLU）任务中取得了巨大的成功，甚至超过人类性能。然而，最近的研究表明，这些模型的稳健性可能受到精心制作的文本对抗例子的挑战。虽然已经提出了几个单独的数据集来评估模型稳健性，但仍缺少原则和全面的基准。在本文中，我们呈现对抗性胶水（AdvGlue），这是一个新的多任务基准，以定量和彻底探索和评估各种对抗攻击下现代大规模语言模型的脆弱性。特别是，我们系统地应用14种文本对抗的攻击方法来构建一个粘合的援助，这是由人类进一步验证的可靠注释。我们的调查结果总结如下。 （i）大多数现有的对抗性攻击算法容易发生无效或暧昧的对手示例，其中大约90％的含量改变原始语义含义或误导性的人的注册人。因此，我们执行仔细的过滤过程来策划高质量的基准。 （ii）我们测试的所有语言模型和强大的培训方法在AdvGlue上表现不佳，差价远远落后于良性准确性。我们希望我们的工作能够激励开发新的对抗攻击，这些攻击更加隐身，更加统一，以及针对复杂的对抗性攻击的新强大语言模型。 Advglue在https://adversarialglue.github.io提供。
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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。
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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。
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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。
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2021-12-06
数据增强是自然语言处理（NLP）模型的鲁棒性评估的重要组成部分，以及增强他们培训的数据的多样性。在本文中，我们呈现NL-Cogmenter，这是一种新的参与式Python的自然语言增强框架，它支持创建两个转换（对数据的修改）和过滤器（根据特定功能的数据拆分）。我们描述了框架和初始的117个变换和23个过滤器，用于各种自然语言任务。我们通过使用其几个转换来分析流行自然语言模型的鲁棒性来证明NL-Upmenter的功效。基础架构，Datacards和稳健性分析结果在NL-Augmenter存储库上公开可用（\ url {https://github.com/gem-benchmark/nl-augmenter}）。
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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。
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几年的研究表明，在理论和实践中，机器学习系统容易受到对抗的例子。到目前为止，这种攻击主要有针对性的视觉模型，利用人类和机器感知之间的差距。虽然基于文本的模型也被对抗例子遭到攻击，但这种攻击努力保持语义意义和无法区分。在本文中，我们探讨了大类的对抗示例，可用于在黑盒设置中攻击基于文本的模型，而不会对输入进行任何人类可知的视觉修改。我们使用对人眼不可察觉的编码特异性扰动来操纵从神经计算机翻译管道到网络搜索引擎的各种自然语言处理（NLP）系统的输出。我们发现，通过单一的难以察觉的编码注射 - 代表一个无形的字符，同型角色，重新排序或删除 - 攻击者可以显着降低易受伤害的模型的性能，并且三次注射大多数型号可以在功能上打破。除了由Facebook，IBM和HuggingFace发布的开源模型之外，我们攻击目前部署的商业系统这一新颖的一系列攻击对许多语言处理系统提供了重大威胁：攻击者可以以目标方式影响系统而没有任何关于底层模型的假设。我们得出结论，基于文本的NLP系统需要仔细的输入消毒，就像传统应用程序一样，并且考虑到这样的系统现在正在迅速地部署，需要建筑师和运营商的紧急注意。
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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.
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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。
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现代分类算法易于对抗对抗示例 - 对导致算法产生不期望的行为的输入扰动。在这项工作中，我们寻求理解和扩展跨域的对抗性示例，其中输入是离散的，特别是在新域中，例如计算生物学。作为实现这一目标的步骤，我们正规化了在任何离散设置中应用的同义对手示例的概念，并描述了构建此类示例的简单域 - 不可原谅算法。我们在多个域施用该算法 - 包括情绪分析和DNA序列分类 - 并发现它一直揭示逆势实例。我们从理论上寻求理解他们的普遍性，我们将其存在归因于虚假令牌相关性，这是一个特定于离散空间的统计现象。我们的作品是朝着朝向与连续输入类似的离散对抗的例子的域名侵害治疗的一步。
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在过去的几年中，保护NLP模型免受拼写错误的障碍是研究兴趣的对象。现有的补救措施通常会损害准确性，或者需要对每个新的攻击类别进行完整的模型重新训练。我们提出了一种新颖的方法，可以向基于变压器的NLP模型中的拼写错误增加弹性。可以实现这种鲁棒性，而无需重新训练原始的NLP模型，并且只有最小的语言丧失理解在没有拼写错误的输入上的性能。此外，我们提出了一种新的有效近似方法来产生对抗性拼写错误，这大大降低了评估模型对对抗性攻击的弹性所需的成本。
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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。
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