Industrial Internet of Things (I-IoT) is a collaboration of devices, sensors, and networking equipment to monitor and collect data from industrial operations. Machine learning (ML) methods use this data to make high-level decisions with minimal human intervention. Data-driven predictive maintenance (PDM) is a crucial ML-based I-IoT application to find an optimal maintenance schedule for industrial assets. The performance of these ML methods can seriously be threatened by adversarial attacks where an adversary crafts perturbed data and sends it to the ML model to deteriorate its prediction performance. The models should be able to stay robust against these attacks where robustness is measured by how much perturbation in input data affects model performance. Hence, there is a need for effective defense mechanisms that can protect these models against adversarial attacks. In this work, we propose a double defense mechanism to detect and mitigate adversarial attacks in I-IoT environments. We first detect if there is an adversarial attack on a given sample using novelty detection algorithms. Then, based on the outcome of our algorithm, marking an instance as attack or normal, we select adversarial retraining or standard training to provide a secondary defense layer. If there is an attack, adversarial retraining provides a more robust model, while we apply standard training for regular samples. Since we may not know if an attack will take place, our adaptive mechanism allows us to consider irregular changes in data. The results show that our double defense strategy is highly efficient where we can improve model robustness by up to 64.6% and 52% compared to standard and adversarial retraining, respectively.


翻译:机器学习(ML)方法使用这些数据来做出高层次的决定,尽量减少人的干预。 数据驱动的预测维护(PDM)是一种至关重要的 ML I-IoT 应用程序,目的是寻找工业资产的最佳维护时间表。 这些ML 方法的性能可能受到对抗性攻击的严重威胁,即对手手工艺渗透数据,将其发送到ML模型,以恶化其预测性再培训的性能。这些模型应该能够对这些攻击保持稳健,而这种攻击的强度是通过投入数据中的扰动影响模型性能来衡量的。 因此,需要有效的防御机制来保护这些模型免遭对抗性攻击。 在这项工作中,我们提议一个双防机制,用以检测和减轻工业资产在I-IoT环境中的对抗性攻击。我们首先用新颖的检测算法来检测某一样品是否有对抗性攻击性攻击性攻击性攻击性攻击性攻击性攻击性攻击性攻击性攻击性攻击性攻击性攻击性攻击性攻击性攻击性攻击性攻击性攻击性攻击性攻击性攻击性攻击性攻击性攻击性攻击性攻击性攻击性攻击性攻击性攻击性攻击性攻击性攻击性攻击性攻击性攻击性攻击性攻击性攻击性攻击性攻击性攻击性攻击性攻击性攻击性攻击性攻击性攻击性攻击性攻击性攻击性攻击性攻击性攻击性攻击性攻击性攻击性攻击性攻击性攻击性攻击性攻击性攻击性攻击性攻击性攻击性攻击性攻击性攻击性攻击性攻击性攻击性攻击性攻击性攻击性攻击性攻击性攻击性攻击性攻击性攻击性攻击性攻击性攻击性攻击性攻击性攻击性攻击性攻击性攻击性攻击性攻击性攻击性攻击性攻击性攻击性攻击性攻击性攻击性攻击性攻击性攻击性攻击性攻击性攻击性攻击性攻击性攻击性攻击性攻击性攻击性攻击性攻击性攻击性攻击性攻击性攻击性攻击性攻击性攻击性攻击性攻击性攻击性攻击性攻击性攻击性攻击性攻击性攻击性攻击性攻击性攻击性攻击性攻击性攻击性攻击性攻击性攻击性攻击性攻击性攻击性攻击性攻击性攻击性攻击性攻击性攻击性攻击性攻击性攻击性攻击性攻击性攻击性攻击性攻击性攻击性攻击性攻击性攻击性攻击性攻击性攻击性攻击性攻击

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