A learned system uses machine learning (ML) internally to improve performance. We can expect such systems to be vulnerable to some adversarial-ML attacks. Often, the learned component is shared between mutually-distrusting users or processes, much like microarchitectural resources such as caches, potentially giving rise to highly-realistic attacker models. However, compared to attacks on other ML-based systems, attackers face a level of indirection as they cannot interact directly with the learned model. Additionally, the difference between the attack surface of learned and non-learned versions of the same system is often subtle. These factors obfuscate the de-facto risks that the incorporation of ML carries. We analyze the root causes of potentially-increased attack surface in learned systems and develop a framework for identifying vulnerabilities that stem from the use of ML. We apply our framework to a broad set of learned systems under active development. To empirically validate the many vulnerabilities surfaced by our framework, we choose 3 of them and implement and evaluate exploits against prominent learned-system instances. We show that the use of ML caused leakage of past queries in a database, enabled a poisoning attack that causes exponential memory blowup in an index structure and crashes it in seconds, and enabled index users to snoop on each others' key distributions by timing queries over their own keys. We find that adversarial ML is a universal threat against learned systems, point to open research gaps in our understanding of learned-systems security, and conclude by discussing mitigations, while noting that data leakage is inherent in systems whose learned component is shared between multiple parties.


翻译:学会的系统在内部使用机器学习(ML)来提高性能。我们可以预期,这样的系统很容易受到一些对抗性-ML攻击的伤害。通常,学习的成分由互不信任的用户或过程(例如缓冲器等微分层资源)共享,这很像是暗藏器等微分结构资源,可能会形成高度现实的攻击者模型。然而,与其他基于ML的系统相比,攻击者面临一定程度的间接性,因为他们无法直接与学习的模型直接互动。此外,这种系统的学习和非学习的系统的攻击面往往很微妙。这些因素掩盖了纳入ML的多种反面风险风险风险。我们分析可能增加攻击的表面或过程的根源,例如暗藏器等微分层资源,可能会形成高度现实的攻击者模型。我们将自己的框架应用于正在积极开发中的广泛的学习系统。我们选择了其中的3个系统,并运用和评估其显著的学习系统存在的差距。我们发现,ML的用途在数据库中造成过去查询的误差,而将自己的调查结果显示,在数据库中,关键的研究流流数据流中,使主要数据流流利的流数据能够导致指数的记忆。

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