Securing Graph Neural Networks in MLaaS: A Comprehensive Realization of Query-based Integrity Verification

计算机科学 软件部署 模式(遗传算法) 对抗制 图形 人工智能 机器学习 计算机安全 数据挖掘 软件工程 理论计算机科学
作者
Bang Ye Wu,Xingliang Yuan,Shuo Wang,Qi Li,Minhui Xue,Shirui Pan
出处
期刊:Cornell University - arXiv
标识
DOI:10.48550/arxiv.2312.07870
摘要

The deployment of Graph Neural Networks (GNNs) within Machine Learning as a Service (MLaaS) has opened up new attack surfaces and an escalation in security concerns regarding model-centric attacks. These attacks can directly manipulate the GNN model parameters during serving, causing incorrect predictions and posing substantial threats to essential GNN applications. Traditional integrity verification methods falter in this context due to the limitations imposed by MLaaS and the distinct characteristics of GNN models. In this research, we introduce a groundbreaking approach to protect GNN models in MLaaS from model-centric attacks. Our approach includes a comprehensive verification schema for GNN's integrity, taking into account both transductive and inductive GNNs, and accommodating varying pre-deployment knowledge of the models. We propose a query-based verification technique, fortified with innovative node fingerprint generation algorithms. To deal with advanced attackers who know our mechanisms in advance, we introduce randomized fingerprint nodes within our design. The experimental evaluation demonstrates that our method can detect five representative adversarial model-centric attacks, displaying 2 to 4 times greater efficiency compared to baselines.

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