Time series anomaly detection is extensively studied in statistics, economics, and computer science. Over the years, numerous methods have been proposed for time series anomaly detection using deep learning-based methods. Many of these methods demonstrate state-of-the-art performance on benchmark datasets, giving the false impression that these systems are robust and deployable in many practical and industrial real-world scenarios. In this paper, we demonstrate that the performance of state-of-the-art anomaly detection methods is degraded substantially by adding only small adversarial perturbations to the sensor data. We use different scoring metrics such as prediction errors, anomaly, and classification scores over several public and private datasets ranging from aerospace applications, server machines, to cyber-physical systems in power plants. Under well-known adversarial attacks from Fast Gradient Sign Method (FGSM) and Projected Gradient Descent (PGD) methods, we demonstrate that state-of-the-art deep neural networks (DNNs) and graph neural networks (GNNs) methods, which claim to be robust against anomalies and have been possibly integrated in real-life systems, have their performance drop to as low as 0%. To the best of our understanding, we demonstrate, for the first time, the vulnerabilities of anomaly detection systems against adversarial attacks. The overarching goal of this research is to raise awareness towards the adversarial vulnerabilities of time series anomaly detectors.


翻译:在统计、经济学和计算机科学中广泛研究时间序列异常现象的探测。多年来,我们提出了许多方法,用深层次的学习方法进行时间序列异常现象的探测。其中许多方法展示了基准数据集的最新性能,给人留下错误印象,认为这些系统在很多实际和工业现实世界的情景中是稳健的和可部署的。在本文件中,我们通过在传感器数据中只增加小的对抗性扰动来证明最先进的异常现象探测方法的性能大大退化。我们使用不同的评分标准,例如预测错误、异常和对从航空航天应用、服务器机器到电厂的网络物理系统等若干公共和私人数据集的分数进行分类。在众所周知的快速梯度信号方法(FGSM)和预测的梯度源(PGD)的对抗性攻击中,我们发现最先进的深层神经网络(DNN)和直线神经网络(GNNN)的性能。我们使用不同的评分标准,这些评分方法声称对异常现象是稳健的,并且可能融入了现实系统,其表现是其真实和物理物理系统中的分数。 在众所周知的对立性攻击中,其性攻击性攻击中,其性攻击中,其性反应性反应性能是,我们最接近于反常态性反应性反应系统。我们所见地显示的反向的反向的反向性能是,我们对立性研究的反向的反向的反向性研究。

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在数据挖掘中,异常检测(英语:anomaly detection)对不符合预期模式或数据集中其他项目的项目、事件或观测值的识别。通常异常项目会转变成银行欺诈、结构缺陷、医疗问题、文本错误等类型的问题。异常也被称为离群值、新奇、噪声、偏差和例外。 特别是在检测滥用与网络入侵时,有趣性对象往往不是罕见对象,但却是超出预料的突发活动。这种模式不遵循通常统计定义中把异常点看作是罕见对象,于是许多异常检测方法(特别是无监督的方法)将对此类数据失效,除非进行了合适的聚集。相反,聚类分析算法可能可以检测出这些模式形成的微聚类。 有三大类异常检测方法。[1] 在假设数据集中大多数实例都是正常的前提下,无监督异常检测方法能通过寻找与其他数据最不匹配的实例来检测出未标记测试数据的异常。监督式异常检测方法需要一个已经被标记“正常”与“异常”的数据集,并涉及到训练分类器(与许多其他的统计分类问题的关键区别是异常检测的内在不均衡性)。半监督式异常检测方法根据一个给定的正常训练数据集创建一个表示正常行为的模型,然后检测由学习模型生成的测试实例的可能性。
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