We study the black-box attacks on graph neural networks (GNNs) under a novel and realistic constraint: attackers have access to only a subset of nodes in the network, and they can only attack a small number of them. A node selection step is essential under this setup. We demonstrate that the structural inductive biases of GNN models can be an effective source for this type of attacks. Specifically, by exploiting the connection between the backward propagation of GNNs and random walks, we show that the common gradient-based white-box attacks can be generalized to the black-box setting via the connection between the gradient and an importance score similar to PageRank. In practice, we find attacks based on this importance score indeed increase the classification loss by a large margin, but they fail to significantly increase the mis-classification rate. Our theoretical and empirical analyses suggest that there is a discrepancy between the loss and mis-classification rate, as the latter presents a diminishing-return pattern when the number of attacked nodes increases. Therefore, we propose a greedy procedure to correct the importance score that takes into account of the diminishing-return pattern. Experimental results show that the proposed procedure can significantly increase the mis-classification rate of common GNNs on real-world data without access to model parameters nor predictions.


翻译:我们根据一种新颖和现实的限制,对图形神经网络(GNNs)进行了黑箱攻击:攻击者只能接触网络中的一小部分节点,他们只能攻击其中的一小部分节点。在这个设置下,节点选择步骤至关重要。我们证明GNN模式的结构诱导偏向可以成为这类攻击的有效来源。具体地说,我们利用GNNs落后传播与随机行走之间的联系,表明共同的基于梯度的白箱攻击可以通过梯度和与PepherRank相似的重要分之间的联系而普遍适用于黑箱设置。在实践中,我们发现基于这个重要分的进攻确实使分类损失增加很大幅度,但是它们没有显著提高错误分类率。我们的理论和实验分析表明,在攻击点增加时,GNN和错误分类率之间存在着一种递减回报模式。因此,我们提议了一个贪婪程序,以纠正考虑到递减回归模式的重要性分。实验结果显示,GNNM提出的进入标准可以大大提高全球通用数据预测率。

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