Imperceptible Transfer Attack and Defense on 3D Point Cloud Classification

点云 计算机科学 对抗制 可转让性 判别式 攻击面 离群值 计算机安全 学习迁移 威胁模型 人工智能 黑匣子 云计算 机器学习 点(几何) 稳健性(进化) 数学 几何学 操作系统 生物化学 化学 罗伊特 基因
作者
Daizong Liu,Wei Hu
出处
期刊:IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence [IEEE Computer Society]
卷期号:: 1-18 被引量:26
标识
DOI:10.1109/tpami.2022.3193449
摘要

Although many efforts have been made into attack and defense on the 2D image domain in recent years, few methods explore the vulnerability of 3D models. Existing 3D attackers generally perform point-wise perturbation over point clouds, resulting in deformed structures or outliers, which is easily perceivable by humans. Moreover, their adversarial examples are generated under the white-box setting, which frequently suffers from low success rates when transferred to attack remote black-box models. In this article, we study 3D point cloud attacks from two new and challenging perspectives by proposing a novel Imperceptible Transfer Attack (ITA): 1) Imperceptibility: we constrain the perturbation direction of each point along its normal vector of the neighborhood surface, leading to generated examples with similar geometric properties and thus enhancing the imperceptibility. 2) Transferability: we develop an adversarial transformation model to generate the most harmful distortions and enforce the adversarial examples to resist it, improving their transferability to unknown black-box models. Further, we propose to train more robust black-box 3D models to defend against such ITA attacks by learning more discriminative point cloud representations. Extensive evaluations demonstrate that our ITA attack is more imperceptible and transferable than state-of-the-arts and validate the superiority of our defense strategy.
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