An Efficient Preprocessing-Based Approach to Mitigate Advanced Adversarial Attacks

计算机科学 对抗制 预处理器 稳健性(进化) 可用性 计算机工程 深度学习 深层神经网络 人工智能 分布式计算 理论计算机科学 机器学习 人机交互 生物化学 化学 基因
作者
Han Qiu,Yi Zeng,Qinkai Zheng,Shangwei Guo,Tianwei Zhang,Hewu Li
出处
期刊:IEEE Transactions on Computers [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:73 (3): 645-655 被引量:19
标识
DOI:10.1109/tc.2021.3076826
摘要

Deep Neural Networks are well-known to be vulnerable to Adversarial Examples. Recently, advanced gradient-based attacks were proposed (e.g., BPDA and EOT), which can significantly increase the difficulty and complexity of designing effective defenses. In this paper, we present a study towards the opportunity of mitigating those powerful attacks with only pre-processing operations. We make the following two contributions. First, we perform an in-depth analysis of those attacks and summarize three fundamental properties that a good defense solution should have. Second, we design a lightweight preprocessing function with these properties and the capability of preserving the model's usability and robustness against these threats. Extensive evaluations indicate that our solutions can effectively mitigate all existing standard and advanced attack techniques, and beat 11 state-of-the-art defense solutions published in top-tier conferences over the past 2 years.

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