Adversarial examples, inputs designed to induce worst-case behavior in machine learning models, have been extensively studied over the past decade. Yet, our understanding of this phenomenon stems from a rather fragmented pool of knowledge; at present, there are a handful of attacks, each with disparate assumptions in threat models and incomparable definitions of optimality. In this paper, we propose a systematic approach to characterize worst-case (i.e., optimal) adversaries. We first introduce an extensible decomposition of attacks in adversarial machine learning by atomizing attack components into surfaces and travelers. With our decomposition, we enumerate over components to create 576 attacks (568 of which were previously unexplored). Next, we propose the Pareto Ensemble Attack (PEA): a theoretical attack that upper-bounds attack performance. With our new attacks, we measure performance relative to the PEA on: both robust and non-robust models, seven datasets, and three extended lp-based threat models incorporating compute costs, formalizing the Space of Adversarial Strategies. From our evaluation we find that attack performance to be highly contextual: the domain, model robustness, and threat model can have a profound influence on attack efficacy. Our investigation suggests that future studies measuring the security of machine learning should: (1) be contextualized to the domain & threat models, and (2) go beyond the handful of known attacks used today.


翻译:在过去十年中,我们广泛研究了旨在在机器学习模型中引起最坏情况行为的投入,这些投入在机器学习模型中被广泛研究。然而,我们对这一现象的理解来自相当零散的知识库;目前,有几起袭击,其中每起袭击在威胁模型中都有不同的假设,对最佳性能的定义是无法比较的。在本文中,我们提出一种系统化的方法,以描述最坏情况(即最佳)对手的特点。我们首先在对对立机器学习中采用一种可扩展的分解式攻击,将攻击部件分解成表面和旅行者。随着我们的分解,我们用一些组件来计算576起袭击(其中568起是以前尚未解开的 ) 。接下来,我们建议采用Pareto Ensemble攻击(PEA) : 一种理论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性

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