A recent line of work has uncovered a new form of data poisoning: so-called backdoor attacks. These attacks are particularly dangerous because they do not affect a network's behavior on typical, benign data. Rather, the network only deviates from its expected output when triggered by a perturbation planted by an adversary. In this paper, we identify a new property of all known backdoor attacks, which we call spectral signatures. This property allows us to utilize tools from robust statistics to thwart the attacks. We demonstrate the efficacy of these signatures in detecting and removing poisoned examples on real image sets and state of the art neural network architectures. We believe that understanding spectral signatures is a crucial first step towards designing ML systems secure against such backdoor attacks.

后门数据中毒攻击是一种对抗的攻击，其中攻击者将几个水印，误标记的训练示例注入训练集中。水印不会影响典型数据模型的测试时间性能;但是，该模型在水印示例中可靠地错误。为获得对后门数据中毒攻击的更好的基础认识，我们展示了一个正式的理论框架，其中一个人可以讨论对分类问题的回溯数据中毒攻击。然后我们使用它来分析这些攻击的重要统计和计算问题。在统计方面，我们识别一个参数，我们称之为记忆能力，捕捉到后门攻击的学习问题的内在脆弱性。这使我们能够争论几个自然学习问题的鲁棒性与后门攻击。我们的结果，攻击者涉及介绍后门攻击的明确建设，我们的鲁棒性结果表明，一些自然问题设置不能产生成功的后门攻击。从计算的角度来看，我们表明，在某些假设下，对抗训练可以检测训练集中的后门的存在。然后，我们表明，在类似的假设下，我们称之为呼叫滤波和鲁棒概括的两个密切相关的问题几乎等同。这意味着它既是渐近必要的，并且足以设计算法，可以识别训练集中的水印示例，以便获得既广泛概念的学习算法，以便在室外稳健。

后门攻击已被证明是对深度学习模型的严重安全威胁，并且检测给定模型是否已成为后门成为至关重要的任务。现有的防御措施主要建立在观察到后门触发器通常尺寸很小或仅影响几个神经元激活的观察结果。但是，在许多情况下，尤其是对于高级后门攻击，违反了上述观察结果，阻碍了现有防御的性能和适用性。在本文中，我们提出了基于新观察的后门防御范围。也就是说，有效的后门攻击通常需要对中毒训练样本的高预测置信度，以确保训练有素的模型具有很高的可能性。基于此观察结果，Dtinspector首先学习一个可以改变最高信心数据的预测的补丁，然后通过检查在低信心数据上应用学习补丁后检查预测变化的比率来决定后门的存在。对五次后门攻击，四个数据集和三种高级攻击类型的广泛评估证明了拟议防御的有效性。

最近的研究表明，深神经网络（DNN）易受对抗性攻击的影响，包括逃避和后门（中毒）攻击。在防守方面，有密集的努力，改善了对逃避袭击的经验和可怜的稳健性;然而，对后门攻击的可稳健性仍然很大程度上是未开发的。在本文中，我们专注于认证机器学习模型稳健性，反对一般威胁模型，尤其是后门攻击。我们首先通过随机平滑技术提供统一的框架，并展示如何实例化以证明对逃避和后门攻击的鲁棒性。然后，我们提出了第一个强大的培训过程Rab，以平滑训练有素的模型，并证明其稳健性对抗后门攻击。我们派生机学习模型的稳健性突出了培训的机器学习模型，并证明我们的鲁棒性受到紧张。此外，我们表明，可以有效地训练强大的平滑模型，以适用于诸如k最近邻分类器的简单模型，并提出了一种精确的平滑训练算法，该算法消除了从这种模型的噪声分布采样采样的需要。经验上，我们对MNIST，CIFAR-10和Imagenet数据集等DNN，差异私有DNN和K-NN模型等不同机器学习（ML）型号进行了全面的实验，并为反卧系攻击提供认证稳健性的第一个基准。此外，我们在SPAMBase表格数据集上评估K-NN模型，以展示所提出的精确算法的优点。对多元化模型和数据集的综合评价既有关于普通训练时间攻击的进一步强劲学习策略的多样化模型和数据集的综合评价。

Data poisoning is an attack on machine learning models wherein the attacker adds examples to the training set to manipulate the behavior of the model at test time. This paper explores poisoning attacks on neural nets. The proposed attacks use "clean-labels"; they don't require the attacker to have any control over the labeling of training data. They are also targeted; they control the behavior of the classifier on a specific test instance without degrading overall classifier performance. For example, an attacker could add a seemingly innocuous image (that is properly labeled) to a training set for a face recognition engine, and control the identity of a chosen person at test time. Because the attacker does not need to control the labeling function, poisons could be entered into the training set simply by leaving them on the web and waiting for them to be scraped by a data collection bot. We present an optimization-based method for crafting poisons, and show that just one single poison image can control classifier behavior when transfer learning is used. For full end-to-end training, we present a "watermarking" strategy that makes poisoning reliable using multiple (≈ 50) poisoned training instances. We demonstrate our method by generating poisoned frog images from the CIFAR dataset and using them to manipulate image classifiers.

Machine learning models are often susceptible to adversarial perturbations of their inputs. Even small perturbations can cause state-of-the-art classifiers with high "standard" accuracy to produce an incorrect prediction with high confidence. To better understand this phenomenon, we study adversarially robust learning from the viewpoint of generalization. We show that already in a simple natural data model, the sample complexity of robust learning can be significantly larger than that of "standard" learning. This gap is information theoretic and holds irrespective of the training algorithm or the model family. We complement our theoretical results with experiments on popular image classification datasets and show that a similar gap exists here as well. We postulate that the difficulty of training robust classifiers stems, at least partially, from this inherently larger sample complexity.

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。

在对抗机器学习中，防止对深度学习系统的攻击的新防御能力在释放更强大的攻击后不久就会破坏。在这种情况下，法医工具可以通过追溯成功的根本原因来为现有防御措施提供宝贵的补充，并为缓解措施提供前进的途径，以防止将来采取类似的攻击。在本文中，我们描述了我们为开发用于深度神经网络毒物攻击的法医追溯工具的努力。我们提出了一种新型的迭代聚类和修剪解决方案，该解决方案修剪了“无辜”训练样本，直到所有剩余的是一组造成攻击的中毒数据。我们的方法群群训练样本基于它们对模型参数的影响，然后使用有效的数据解读方法来修剪无辜簇。我们从经验上证明了系统对三种类型的肮脏标签（后门）毒物攻击和三种类型的清洁标签毒药攻击的功效，这些毒物跨越了计算机视觉和恶意软件分类。我们的系统在所有攻击中都达到了98.4％的精度和96.8％的召回。我们还表明，我们的系统与专门攻击它的四种抗纤维法措施相对强大。

We introduce camouflaged data poisoning attacks, a new attack vector that arises in the context of machine unlearning and other settings when model retraining may be induced. An adversary first adds a few carefully crafted points to the training dataset such that the impact on the model's predictions is minimal. The adversary subsequently triggers a request to remove a subset of the introduced points at which point the attack is unleashed and the model's predictions are negatively affected. In particular, we consider clean-label targeted attacks (in which the goal is to cause the model to misclassify a specific test point) on datasets including CIFAR-10, Imagenette, and Imagewoof. This attack is realized by constructing camouflage datapoints that mask the effect of a poisoned dataset.

有针对性的训练集攻击将恶意实例注入训练集中，以导致训练有素的模型错误地标记一个或多个特定的测试实例。这项工作提出了目标识别的任务，该任务决定了特定的测试实例是否是训练集攻击的目标。目标识别可以与对抗性识别相结合，以查找（并删除）攻击实例，从而减轻对其他预测的影响，从而减轻攻击。我们没有专注于单个攻击方法或数据模式，而是基于影响力估计，这量化了每个培训实例对模型预测的贡献。我们表明，现有的影响估计量的不良实际表现通常来自于他们对训练实例和迭代次数的过度依赖。我们重新归一化的影响估计器解决了这一弱点。他们的表现远远超过了原始估计量，可以在对抗和非对抗环境中识别有影响力的训练示例群体，甚至发现多达100％的对抗训练实例，没有清洁数据误报。然后，目标识别简化以检测具有异常影响值的测试实例。我们证明了我们的方法对各种数据域的后门和中毒攻击的有效性，包括文本，视觉和语音，以及针对灰色盒子的自适应攻击者，该攻击者专门优化了逃避我们方法的对抗性实例。我们的源代码可在https://github.com/zaydh/target_indistification中找到。

与令人印象深刻的进步触动了我们社会的各个方面，基于深度神经网络（DNN）的AI技术正在带来越来越多的安全问题。虽然在考试时间运行的攻击垄断了研究人员的初始关注，但是通过干扰培训过程来利用破坏DNN模型的可能性，代表了破坏训练过程的可能性，这是破坏AI技术的可靠性的进一步严重威胁。在后门攻击中，攻击者损坏了培训数据，以便在测试时间诱导错误的行为。然而，测试时间误差仅在存在与正确制作的输入样本对应的触发事件的情况下被激活。通过这种方式，损坏的网络继续正常输入的预期工作，并且只有当攻击者决定激活网络内隐藏的后门时，才会发生恶意行为。在过去几年中，后门攻击一直是强烈的研究活动的主题，重点是新的攻击阶段的发展，以及可能对策的提议。此概述文件的目标是审查发表的作品，直到现在，分类到目前为止提出的不同类型的攻击和防御。指导分析的分类基于攻击者对培训过程的控制量，以及防御者验证用于培训的数据的完整性，并监控DNN在培训和测试中的操作时间。因此，拟议的分析特别适合于参考他们在运营的应用方案的攻击和防御的强度和弱点。

从外界培训的机器学习模型可能会被数据中毒攻击损坏，将恶意指向到模型的培训集中。对这些攻击的常见防御是数据消毒：在培训模型之前首先过滤出异常培训点。在本文中，我们开发了三次攻击，可以绕过广泛的常见数据消毒防御，包括基于最近邻居，训练损失和奇异值分解的异常探测器。通过增加3％的中毒数据，我们的攻击成功地将Enron垃圾邮件检测数据集的测试错误从3％增加到24％，并且IMDB情绪分类数据集从12％到29％。相比之下，没有明确占据这些数据消毒防御的现有攻击被他们击败。我们的攻击基于两个想法：（i）我们协调我们的攻击将中毒点彼此放置在彼此附近，（ii）我们将每个攻击制定为受限制的优化问题，限制旨在确保中毒点逃避检测。随着这种优化涉及解决昂贵的Bilevel问题，我们的三个攻击对应于基于影响功能的近似近似这个问题的方式; minimax二元性;和karush-kuhn-tucker（kkt）条件。我们的结果强调了对数据中毒攻击产生更强大的防御的必要性。

随着机器学习数据的策展变得越来越自动化，数据集篡改是一种安装威胁。后门攻击者通过培训数据篡改，以嵌入在该数据上培训的模型中的漏洞。然后通过将“触发”放入模型的输入中的推理时间以推理时间激活此漏洞。典型的后门攻击将触发器直接插入训练数据，尽管在检查时可能会看到这种攻击。相比之下，隐藏的触发后托攻击攻击达到中毒，而无需将触发器放入训练数据即可。然而，这种隐藏的触发攻击在从头开始培训的中毒神经网络时无效。我们开发了一个新的隐藏触发攻击，睡眠代理，在制备过程中使用梯度匹配，数据选择和目标模型重新培训。睡眠者代理是第一个隐藏的触发后门攻击，以对从头开始培训的神经网络有效。我们展示了Imagenet和黑盒设置的有效性。我们的实现代码可以在https://github.com/hsouri/sleeper-agent找到。

后门攻击误导机器学习模型以在测试时间呈现特定触发时输出攻击者指定的类。这些攻击需要毒害训练数据来损害学习算法，例如，通过将包含触发器的中毒样本注入训练集中，以及所需的类标签。尽管对后门攻击和防御的研究数量越来越多，但影响后门攻击成功的潜在因素以及它们对学习算法的影响尚未得到很好的理解。在这项工作中，我们的目标是通过揭幕揭示触发样本周围的更光滑的决策功能来阐明这一问题 - 这是我们称之为\ Textit {后门平滑}的现象。为了量化后门平滑，我们定义了一种评估与输入样本周围分类器的预测相关的不确定性的度量。我们的实验表明，当触发器添加到输入样本时，平滑度会增加，并且这种现象更加明显，以获得更成功的攻击。我们还提供了初步证据，后者触发器不是唯一的平滑诱导模式，而是可以通过我们的方法来检测其他人工图案，铺平了解当前防御和设计新颖的局限性。

中毒攻击已成为对机器学习算法的重要安全威胁。已经证明对培训集进行小变化的对手，例如添加特制的数据点，可以损害输出模型的性能。一些更强大的中毒攻击需要全面了解培训数据。这种叶子打开了使用没有完全了解干净训练集的中毒攻击来实现相同的攻击结果的可能性。在这项工作中，我们启动了对上述问题的理论研究。具体而言，对于具有套索的特征选择的情况，我们表明全信息对手（基于培训数据的其余部分的工艺中毒示例）可从未获得培训集的最佳攻击者提供了更强的最佳攻击者数据分发。我们的分离结果表明，数据感知和数据疏忽的两个设置从根本上不同，我们不能希望在这些场景中始终达到相同的攻击或辩护。

已经提出了安全的多方计算（MPC），以允许多个相互不信任的数据所有者在其合并数据上共同训练机器学习（ML）模型。但是，通过设计，MPC协议忠实地计算了训练功能，对抗性ML社区已证明该功能泄漏了私人信息，并且可以在中毒攻击中篡改。在这项工作中，我们认为在我们的框架中实现的模型合奏是一种称为Safenet的框架，是MPC的高度无限方法，可以避免许多对抗性ML攻击。 MPC培训中所有者之间数据的自然分区允许这种方法在训练时间高度可扩展，可证明可保护免受中毒攻击的保护，并证明可以防御许多隐私攻击。我们展示了Safenet对在端到端和转移学习方案训练的几个机器学习数据集和模型上中毒的效率，准确性和韧性。例如，Safenet可显着降低后门攻击的成功，同时获得$ 39 \ times $ $的培训，$ 36 \ times $ $ $少于达尔斯科夫（Dalskov）等人的四方MPC框架。我们的实验表明，即使在许多非IID设置中，结合也能保留这些好处。结合的简单性，廉价的设置和鲁棒性属性使其成为MPC私下培训ML模型的强大首选。

典型的深神经网络（DNN）后门攻击基于输入中嵌入的触发因素。现有的不可察觉的触发因素在计算上昂贵或攻击成功率低。在本文中，我们提出了一个新的后门触发器，该扳机易于生成，不可察觉和高效。新的触发器是一个均匀生成的三维（3D）二进制图案，可以水平和/或垂直重复和镜像，并将其超级贴在三通道图像上，以训练后式DNN模型。新型触发器分散在整个图像中，对单个像素产生微弱的扰动，但共同拥有强大的识别模式来训练和激活DNN的后门。我们还通过分析表明，随着图像的分辨率提高，触发因素越来越有效。实验是使用MNIST，CIFAR-10和BTSR数据集上的RESNET-18和MLP模型进行的。在无遗象的方面，新触发的表现优于现有的触发器，例如Badnet，Trojaned NN和隐藏的后门。新的触发因素达到了几乎100％的攻击成功率，仅将分类准确性降低了不到0.7％-2.4％，并使最新的防御技术无效。

With the success of deep learning algorithms in various domains, studying adversarial attacks to secure deep models in real world applications has become an important research topic. Backdoor attacks are a form of adversarial attacks on deep networks where the attacker provides poisoned data to the victim to train the model with, and then activates the attack by showing a specific small trigger pattern at the test time. Most state-of-the-art backdoor attacks either provide mislabeled poisoning data that is possible to identify by visual inspection, reveal the trigger in the poisoned data, or use noise to hide the trigger. We propose a novel form of backdoor attack where poisoned data look natural with correct labels and also more importantly, the attacker hides the trigger in the poisoned data and keeps the trigger secret until the test time.We perform an extensive study on various image classification settings and show that our attack can fool the model by pasting the trigger at random locations on unseen images although the model performs well on clean data. We also show that our proposed attack cannot be easily defended using a state-of-the-art defense algorithm for backdoor attacks.

We conduct a systematic study of backdoor vulnerabilities in normally trained Deep Learning models. They are as dangerous as backdoors injected by data poisoning because both can be equally exploited. We leverage 20 different types of injected backdoor attacks in the literature as the guidance and study their correspondences in normally trained models, which we call natural backdoor vulnerabilities. We find that natural backdoors are widely existing, with most injected backdoor attacks having natural correspondences. We categorize these natural backdoors and propose a general detection framework. It finds 315 natural backdoors in the 56 normally trained models downloaded from the Internet, covering all the different categories, while existing scanners designed for injected backdoors can at most detect 65 backdoors. We also study the root causes and defense of natural backdoors.

深度神经网络（DNNS）在训练过程中容易受到后门攻击的影响。该模型以这种方式损坏正常起作用，但是当输入中的某些模式触发时，会产生预定义的目标标签。现有防御通常依赖于通用后门设置的假设，其中有毒样品共享相同的均匀扳机。但是，最近的高级后门攻击表明，这种假设在动态后门中不再有效，在动态后门中，触发者因输入而异，从而击败了现有的防御。在这项工作中，我们提出了一种新颖的技术BEATRIX（通过革兰氏矩阵检测）。 BEATRIX利用革兰氏矩阵不仅捕获特征相关性，还可以捕获表示形式的适当高阶信息。通过从正常样本的激活模式中学习类条件统计，BEATRIX可以通过捕获激活模式中的异常来识别中毒样品。为了进一步提高识别目标标签的性能，BEATRIX利用基于内核的测试，而无需对表示分布进行任何先前的假设。我们通过与最先进的防御技术进行了广泛的评估和比较来证明我们的方法的有效性。实验结果表明，我们的方法在检测动态后门时达到了91.1％的F1得分，而最新技术只能达到36.9％。