Machine learning (ML) has been widely adopted in various privacy-critical applications, e.g., face recognition and medical image analysis. However, recent research has shown that ML models are vulnerable to attacks against their training data. Membership inference is one major attack in this domain: Given a data sample and model, an adversary aims to determine whether the sample is part of the model's training set. Existing membership inference attacks leverage the confidence scores returned by the model as their inputs (score-based attacks). However, these attacks can be easily mitigated if the model only exposes the predicted label, i.e., the final model decision. In this paper, we propose decision-based membership inference attacks and demonstrate that label-only exposures are also vulnerable to membership leakage. In particular, we develop two types of decision-based attacks, namely transfer-attack and boundary-attack. Empirical evaluation shows that our decision-based attacks can achieve remarkable performance, and even outperform the previous score-based attacks. We further present new insights on the success of membership inference based on quantitative and qualitative analysis, i.e., member samples of a model are more distant to the model's decision boundary than non-member samples. Finally, we evaluate multiple defense mechanisms against our decision-based attacks and show that our two types of attacks can bypass most of these defenses.


翻译:在各种隐私关键应用中广泛采用机器学习(ML),例如面部识别和医学图像分析。然而,最近的研究表明,ML模型很容易受到其培训数据受到攻击。成员推断是这一领域的一个重大攻击:鉴于数据抽样和模型,对手的目的是确定样本是否是模型培训的一部分。现有成员推断攻击利用模型作为投入(以核心为基础的攻击)所恢复的信任分数。然而,如果模型仅披露预测的标签,即最后示范决定,这些攻击可以很容易减轻。在本文件中,我们提议以决定为基础的成员推论攻击,并表明仅以标签为对象的接触也容易导致成员流失。特别是,我们开发了两类基于决定的攻击,即转移攻击和边界攻击。实情评估表明,我们基于决定的攻击可以取得显著的性能,甚至比以往的分数攻击更准确。我们进一步展示了基于定量和定性分析的归属成功的新见解。在本文中,我们提出基于决定的根据决策依据决策依据的定性和定性分析,即,我们基于决定的根据决策依据决策的多数成员抽样,我们可以更远的国防决定,而我们对这些攻击的多重防御机制的样本表明,我们对这些攻击的多重攻击的防御决定进行。

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