对抗攻击相关概念

Posted 2022-12-01 love the future

1.相关的概念

对抗样本

要认识对抗训练，首先要了解“对抗样本”，它首先出现在论文 Intriguing properties of neural networks [3] 之中。在该论文中也提出了一种对抗样本产生的方法L-BFGS。

简单来说，它是指对于人类来说“看起来”几乎一样、但对于模型来说预测结果却完全不一样的样本

对抗攻击和对抗防御

理解对抗样本之后，也就不难理解各种相关概念了，比如“对抗攻击”，其实就是想办法造出更多的对抗样本，而“对抗防御”，就是想办法让模型能正确识别更多的对抗样本。

对抗训练

所谓对抗训练，则是属于对抗防御的一种，它构造了一些对抗样本加入到原数据集中，希望增强模型对对抗样本的鲁棒性；同时，如本文开篇所提到的，在 NLP 中它通常还能提高模型的表现。

2.对抗训练的理解

Min Max

对抗训练一般可以写为：

D代表训练集，x代表输入，y代表标签，是模型参数，L是单个样本的 loss，是对抗扰动，是扰动空间。这个统一的格式首先由论文 Towards Deep Learning Models Resistant to Adversarial Attacks [4] 提出。

 3.快速梯度法产生对抗样本

快速梯度法是由 GAN 之父 Goodfellow 在论文 Explaining and Harnessing Adversarial Examples首先提出。

生成对抗样本的问题就是我们怎么生成扰动 ，  存在的目的就是增加

我们知道让 loss 减少的方法是梯度下降，那反过来，让 loss 增大的方法自然就是梯度上升，因此可以简单地取：

 为了防止   过大，我们一般需要对进行一些标准化，比较常见的方式是：

 有了  扰动 之后，就可以代回式 (1) 进行优化：

 此外，对抗训练还有一种方法，叫做 Projected Gradient Descent（PGD），其实就是通过多迭代几步来达到让 更大的 更大的   。

如果迭代过程中模长超过了 ，就缩放回去，细节请参考Towards Deep Learning Models Resistant to Adversarial Attacks 。