众所周知，深神经网络（DNN）在许多领域中表现出显着的成功。但是，在模型输入上添加不可察觉的速度扰动时，模型性能可能会迅速减少。为了解决这个问题，最近提出了一种随机性技术，名为随机神经网络（SNNS）。具体而言，SNNS将随机性注入模型以防御看不见的攻击并改善对抗鲁棒性。然而，对SNN的存在研究主要关注注射固定或学习噪声以模拟重量/激活。在本文中，我们发现存在的SNNS表演在很大程度上是由特征表示能力的瓶颈。令人惊讶的是，只需最大化特征分布的每个维度的方差导致我们以先前的所有方法提供相当大的升压，我们命名为最大化特征分布方案随机神经网络（MFDV-SNN）。关于众所周知的白色和黑匣子攻击的广泛实验表明，MFDV-SNN对现有方法实现了重大改进，这表明它是提高模型稳健性的简单但有效的方法。

Adversarial training, in which a network is trained on adversarial examples, is one of the few defenses against adversarial attacks that withstands strong attacks. Unfortunately, the high cost of generating strong adversarial examples makes standard adversarial training impractical on large-scale problems like ImageNet. We present an algorithm that eliminates the overhead cost of generating adversarial examples by recycling the gradient information computed when updating model parameters.Our "free" adversarial training algorithm achieves comparable robustness to PGD adversarial training on the CIFAR-10 and CIFAR-100 datasets at negligible additional cost compared to natural training, and can be 7 to 30 times faster than other strong adversarial training methods. Using a single workstation with 4 P100 GPUs and 2 days of runtime, we can train a robust model for the large-scale ImageNet classification task that maintains 40% accuracy against PGD attacks. The code is available at https://github.com/ashafahi/free_adv_train.

本文调查了一种捍卫对抗性攻击的方法家族，其成功的部分原因是创造了嘈杂，不连续或不足的损失景观，而对手很难驾驶。实现这种效果的一种常见但不是普遍的方法是使用随机神经网络。我们表明，这是梯度混淆的一种形式，并根据Weierstrass变换提出了对基于梯度的对手的一般扩展，该变换平滑了损失函数的表面并提供了更可靠的梯度估计。我们进一步表明，相同的原则可以增强无梯度的对手。我们证明了消失方法对由于这种混淆而表现出鲁棒性的随机和非传统对抗防御的功效。此外，我们将分析它与对转型的期望相互作用。目前用于攻击随机防御的流行梯度采样方法。

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。

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。

深度神经网络（DNN）容易受到对抗性示例的影响，其中DNN由于含有不可察觉的扰动而被误导为虚假输出。对抗性训练是一种可靠有效的防御方法，可能会大大减少神经网络的脆弱性，并成为强大学习的事实上的标准。尽管许多最近的作品实践了以数据为中心的理念，例如如何生成更好的对抗性示例或使用生成模型来产生额外的培训数据，但我们回顾了模型本身，并从深度特征分布的角度重新审视对抗性的鲁棒性有见地的互补性。在本文中，我们建议分支正交性对抗训练（BORT）获得最先进的性能，仅使用原始数据集用于对抗训练。为了练习我们整合多个正交解决方案空间的设计思想，我们利用一个简单明了的多分支神经网络，可消除对抗性攻击而不会增加推理时间。我们启发提出相应的损耗函数，分支 - 正交丢失，以使多支出模型正交的每个溶液空间。我们分别在CIFAR-10，CIFAR-100和SVHN上评估了我们的方法，分别针对\ ell _ {\ infty}的规范触发尺寸\ epsilon = 8/255。进行了详尽的实验，以表明我们的方法超出了所有最新方法，而无需任何技巧。与所有不使用其他数据进行培训的方法相比，我们的模型在CIFAR-10和CIFAR-100上实现了67.3％和41.5％的鲁棒精度（在最先进的ART上提高了 +7.23％和 +9.07％ ）。我们还使用比我们的训练组胜过比我们的方法的表现要大得多。我们所有的模型和代码均可在https://github.com/huangd1999/bort上在线获得。

与此同时，黑匣子对抗攻击已经吸引了令人印象深刻的注意，在深度学习安全领域的实际应用，同时，由于无法访问目标模型的网络架构或内部权重，非常具有挑战性。基于假设：如果一个例子对多种型号保持过逆势，那么它更有可能将攻击能力转移到其他模型，基于集合的对抗攻击方法是高效的，用于黑匣子攻击。然而，集合攻击的方式相当不那么调查，并且现有的集合攻击只是均匀地融合所有型号的输出。在这项工作中，我们将迭代集合攻击视为随机梯度下降优化过程，其中不同模型上梯度的变化可能导致众多局部Optima差。为此，我们提出了一种新的攻击方法，称为随机方差减少了整体（SVRE）攻击，这可以降低集合模型的梯度方差，并充分利用集合攻击。标准想象数据集的经验结果表明，所提出的方法可以提高对抗性可转移性，并且优于现有的集合攻击显着。

基于深度神经网络（DNN）的智能信息（IOT）系统已被广泛部署在现实世界中。然而，发现DNNS易受对抗性示例的影响，这提高了人们对智能物联网系统的可靠性和安全性的担忧。测试和评估IOT系统的稳健性成为必要和必要。最近已经提出了各种攻击和策略，但效率问题仍未纠正。现有方法是计算地广泛或耗时，这在实践中不适用。在本文中，我们提出了一种称为攻击启发GaN（AI-GaN）的新框架，在有条件地产生对抗性实例。曾经接受过培训，可以有效地给予对抗扰动的输入图像和目标类。我们在白盒设置的不同数据集中应用AI-GaN，黑匣子设置和由最先进的防御保护的目标模型。通过广泛的实验，AI-GaN实现了高攻击成功率，优于现有方法，并显着降低了生成时间。此外，首次，AI-GaN成功地缩放到复杂的数据集。 Cifar-100和Imagenet，所有课程中的成功率约为90美元。

Spiking neural networks (SNNs) attract great attention due to their low power consumption, low latency, and biological plausibility. As they are widely deployed in neuromorphic devices for low-power brain-inspired computing, security issues become increasingly important. However, compared to deep neural networks (DNNs), SNNs currently lack specifically designed defense methods against adversarial attacks. Inspired by neural membrane potential oscillation, we propose a novel neural model that incorporates the bio-inspired oscillation mechanism to enhance the security of SNNs. Our experiments show that SNNs with neural oscillation neurons have better resistance to adversarial attacks than ordinary SNNs with LIF neurons on kinds of architectures and datasets. Furthermore, we propose a defense method that changes model's gradients by replacing the form of oscillation, which hides the original training gradients and confuses the attacker into using gradients of 'fake' neurons to generate invalid adversarial samples. Our experiments suggest that the proposed defense method can effectively resist both single-step and iterative attacks with comparable defense effectiveness and much less computational costs than adversarial training methods on DNNs. To the best of our knowledge, this is the first work that establishes adversarial defense through masking surrogate gradients on SNNs.

逆势培训可针对特异性对抗性扰动有用，但它们也证明旨在展示偏离用于培训的攻击的攻击。然而，我们观察到这种无效性是本质上与域的适应性，深度学习中的另一个关键问题似乎是一个有希望的解决方案。因此，我们提出了ADV-4-ADV作为一种新的逆势培训方法，旨在保持针对看不见的对抗性扰动的鲁棒性。基本上，ADV-4-ADV将攻击产生不同的扰动作为不同的域，并且通过利用逆势域适应的力量，它旨在消除域/攻击特定的功能。这迫使训练有素的模型来学习强大的域名不变的表示，这反过来增强了其泛化能力。对时尚 - MNIST，SVHN，CIFAR-10和CIFAR-100的广泛评估表明，基于由简单攻击（例如，FGSM）制备的样本训练的模型可以推广到更高级的攻击（例如， PGD​​），性能超过了这些数据集的最先进的提案。

我们提出了一种新颖且有效的纯化基于纯化的普通防御方法，用于预处理盲目的白色和黑匣子攻击。我们的方法仅在一般图像上进行了自我监督学习，在计算上效率和培训，而不需要对分类模型的任何对抗训练或再培训。我们首先显示对原始图像与其对抗示例之间的残余的对抗噪声的实证分析，几乎均为对称分布。基于该观察，我们提出了一种非常简单的迭代高斯平滑（GS），其可以有效地平滑对抗性噪声并实现大大高的鲁棒精度。为了进一步改进它，我们提出了神经上下文迭代平滑（NCIS），其以自我监督的方式列举盲点网络（BSN）以重建GS也平滑的原始图像的辨别特征。从我们使用四种分类模型对大型想象成的广泛实验，我们表明我们的方法既竞争竞争标准精度和最先进的强大精度，则针对最强大的净化器 - 盲目的白色和黑匣子攻击。此外，我们提出了一种用于评估基于商业图像分类API的纯化方法的新基准，例如AWS，Azure，Clarifai和Google。我们通过基于集合转移的黑匣子攻击产生对抗性实例，这可以促进API的完全错误分类，并证明我们的方法可用于增加API的抗逆性鲁棒性。

到目前为止对抗训练是抵御对抗例子的最有效的策略。然而，由于每个训练步骤中的迭代对抗性攻击，它遭受了高的计算成本。最近的研究表明，通过随机初始化执行单步攻击，可以实现快速的对抗训练。然而，这种方法仍然落后于稳定性和模型稳健性的最先进的对手训练算法。在这项工作中，我们通过观察随机平滑的随机初始化来更好地优化内部最大化问题，对快速对抗培训进行新的理解。在这种新的视角之后，我们还提出了一种新的初始化策略，向后平滑，进一步提高单步强大培训方法的稳定性和模型稳健性。多个基准测试的实验表明，我们的方法在使用更少的训练时间（使用相同的培训计划时，使用更少的培训时间（$ \ sim $ 3x改进）时，我们的方法达到了类似的模型稳健性。

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。

深度神经网络的图像分类容易受到对抗性扰动的影响。图像分类可以通过在输入图像中添加人造小且不可察觉的扰动来轻松愚弄。作为最有效的防御策略之一，提出了对抗性训练，以解决分类模型的脆弱性，其中创建了对抗性示例并在培训期间注入培训数据中。在过去的几年中，对分类模型的攻击和防御进行了深入研究。语义细分作为分类的扩展，最近也受到了极大的关注。最近的工作表明，需要大量的攻击迭代来创建有效的对抗性示例来欺骗分割模型。该观察结果既可以使鲁棒性评估和对分割模型的对抗性培训具有挑战性。在这项工作中，我们提出了一种称为SEGPGD的有效有效的分割攻击方法。此外，我们提供了收敛分析，以表明在相同数量的攻击迭代下，提出的SEGPGD可以创建比PGD更有效的对抗示例。此外，我们建议将SEGPGD应用于分割对抗训练的基础攻击方法。由于SEGPGD可以创建更有效的对抗性示例，因此使用SEGPGD的对抗训练可以提高分割模型的鲁棒性。我们的建议还通过对流行分割模型体系结构和标准分段数据集进行了验证。

The study on improving the robustness of deep neural networks against adversarial examples grows rapidly in recent years. Among them, adversarial training is the most promising one, which flattens the input loss landscape (loss change with respect to input) via training on adversarially perturbed examples. However, how the widely used weight loss landscape (loss change with respect to weight) performs in adversarial training is rarely explored. In this paper, we investigate the weight loss landscape from a new perspective, and identify a clear correlation between the flatness of weight loss landscape and robust generalization gap. Several well-recognized adversarial training improvements, such as early stopping, designing new objective functions, or leveraging unlabeled data, all implicitly flatten the weight loss landscape. Based on these observations, we propose a simple yet effective Adversarial Weight Perturbation (AWP) to explicitly regularize the flatness of weight loss landscape, forming a double-perturbation mechanism in the adversarial training framework that adversarially perturbs both inputs and weights. Extensive experiments demonstrate that AWP indeed brings flatter weight loss landscape and can be easily incorporated into various existing adversarial training methods to further boost their adversarial robustness.

为了应对对抗性实例的威胁，对抗性培训提供了一种有吸引力的选择，可以通过在线增强的对抗示例中的培训模型提高模型稳健性。然而，大多数现有的对抗训练方法通过强化对抗性示例来侧重于提高鲁棒的准确性，但忽略了天然数据和对抗性实施例之间的增加，导致自然精度急剧下降。为了维持自然和强大的准确性之间的权衡，我们从特征适应的角度缓解了转变，并提出了一种特征自适应对抗训练（FAAT），这些培训（FAAT）跨越自然数据和对抗示例优化类条件特征适应。具体而言，我们建议纳入一类条件鉴别者，以鼓励特征成为（1）类鉴别的和（2）不变导致对抗性攻击的变化。新型的FAAT框架通过在天然和对抗数据中产生具有类似分布的特征来实现自然和强大的准确性之间的权衡，并实现从类鉴别特征特征中受益的更高的整体鲁棒性。在各种数据集上的实验表明，FAAT产生更多辨别特征，并对最先进的方法表现有利。代码在https://github.com/visionflow/faat中获得。

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。

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。

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。

对抗培训，培训具有对抗性数据的深层学习模型的过程，是深度学习模型中最成功的对抗性防御方法之一。我们发现，如果我们在推理阶段微调这一模型以适应对抗的输入，可以进一步提高对普遍训练模型的白箱攻击的鲁棒性，以适应对手输入，其中包含额外信息。我们介绍了一种算法，即“邮政列车”在原始输出类和“邻居”类之间的推断阶段的模型，具有现有培训数据。预训练的FAST-FGSM CIFAR10分类器基础模型对白盒预计梯度攻击（PGD）的准确性可以通过我们的算法显着提高46.8％至64.5％。