Deep neural networks (DNNs) have become the technology of choice for realizing a variety of complex tasks. However, as highlighted by many recent studies, even an imperceptible perturbation to a correctly classified input can lead to misclassification by a DNN. This renders DNNs vulnerable to strategic input manipulations by attackers, and also prone to oversensitivity to environmental noise. To mitigate this phenomenon, practitioners apply joint classification by an ensemble of DNNs. By aggregating the classification outputs of different individual DNNs for the same input, ensemble-based classification reduces the risk of misclassifications due to the specific realization of the stochastic training process of any single DNN. However, the effectiveness of a DNN ensemble is highly dependent on its members not simultaneously erring on many different inputs. In this case study, we harness recent advances in DNN verification to devise a methodology for identifying ensemble compositions that are less prone to simultaneous errors, even when the input is adversarially perturbed -- resulting in more robustly-accurate ensemble-based classification. Our proposed framework uses a DNN verifier as a backend, and includes heuristics that help reduce the high complexity of directly verifying ensembles. More broadly, our work puts forth a novel universal objective for formal verification that can potentially improve the robustness of real-world, deep-learning-based systems across a variety of application domains.


翻译:深心神经网络(DNNs)已成为实现各种复杂任务的首选技术。然而,正如许多最近研究所强调,即使无法察觉到对正确机密输入的干扰也可能导致DNN的分类错误。这使得DNNs很容易受到攻击者对战略输入的操纵,也容易对环境噪音产生过度敏感。为了缓解这种现象,实践者采用由一组DNNs组成的共同分类方法,将不同的单个 DNS的分类产出归结为相同输入的多种内容,混合型分类减少了由于具体实现任何单一的DNNS的随机化培训过程而导致的分类错误风险。然而,DNNN(DNS)的效用在很大程度上取决于其成员,而不是同时误差许多不同的输入。在案例研究中,我们利用DNNN核查的最新进展来设计一种方法,用以识别不易同时出现错误的堆积构成,即使投入是相互对立的,但是由于任何单一DNN(D)网络的深度应用的深度应用,因此导致更可靠、更精确的深度的分类。我们提出的框架使用一个更复杂的全球(NN)系统,可以直接核查一个更精确的、更精确的、更精确的、更精确的、更精确的、更精确的、更精确的核查。

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