Machine Learning (ML) techniques have been rapidly adopted by smart Cyber-Physical Systems (CPS) and Internet-of-Things (IoT) due to their powerful decision-making capabilities. However, they are vulnerable to various security and reliability threats, at both hardware and software levels, that compromise their accuracy. These threats get aggravated in emerging edge ML devices that have stringent constraints in terms of resources (e.g., compute, memory, power/energy), and that therefore cannot employ costly security and reliability measures. Security, reliability, and vulnerability mitigation techniques span from network security measures to hardware protection, with an increased interest towards formal verification of trained ML models. This paper summarizes the prominent vulnerabilities of modern ML systems, highlights successful defenses and mitigation techniques against these vulnerabilities, both at the cloud (i.e., during the ML training phase) and edge (i.e., during the ML inference stage), discusses the implications of a resource-constrained design on the reliability and security of the system, identifies verification methodologies to ensure correct system behavior, and describes open research challenges for building secure and reliable ML systems at both the edge and the cloud.


翻译:智能网络物理系统(CPS)和互联网操作技术(IoT)由于其强大的决策能力,迅速采用了智能网络物理系统(CPS)和网络操作技术(IoT),但它们在硬件和软件层面都容易受到各种安全和可靠性威胁的伤害,这些威胁会损害其准确性。这些威胁在新兴的边缘ML装置中变得更加严重,这些装置在资源(如计算、记忆、电力/能源)方面有严格的限制,因此无法采用昂贵的安全和可靠性措施。安全、可靠性和脆弱性缓解技术从网络安全措施到硬件保护,对经过培训的ML模型的正式核查越来越感兴趣。本文总结了现代ML系统在云层(即ML培训阶段)和边缘(即ML推断阶段)对安全可靠的ML系统建设公开的研究挑战。

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