3D point clouds play pivotal roles in various safety-critical applications, such as autonomous driving, which desires the underlying deep neural networks to be robust to adversarial perturbations. Though a few defenses against adversarial point cloud classification have been proposed, it remains unknown whether they are truly robust to adaptive attacks. To this end, we perform the first security analysis of state-of-the-art defenses and design adaptive evaluations on them. Our 100% adaptive attack success rates show that current countermeasures are still vulnerable. Since adversarial training (AT) is believed as the most robust defense, we present the first in-depth study showing how AT behaves in point cloud classification and identify that the required symmetric function (pooling operation) is paramount to the 3D model's robustness under AT. Through our systematic analysis, we find that the default-used fixed pooling (e.g., MAX pooling) generally weakens AT's effectiveness in point cloud classification. Interestingly, we further discover that sorting-based parametric pooling can significantly improve the models' robustness. Based on above insights, we propose DeepSym, a deep symmetric pooling operation, to architecturally advance the robustness to 47.0% under AT without sacrificing nominal accuracy, outperforming the original design and a strong baseline by 28.5% ($\sim 2.6 \times$) and 6.5%, respectively, in PointNet.
翻译:3D点云在各种安全关键应用中发挥着关键作用, 比如, 自主驱动, 它希望深深神经网络能够强大到对抗性扰动。 虽然已经提出了一些对抗性点云的防守, 但仍不清楚它们是否真正对适应性攻击具有抗争性。 为此, 我们对最先进的防御进行第一次安全分析, 并设计适应性评估。 我们100%的适应性攻击成功率表明, 当前的对策仍然很脆弱。 由于认为对抗性训练( AT) 是最有力的防御, 我们第一次深入研究显示 AT 如何在点云分类中表现, 并确定所需的对称功能( 集合操作) 对AT 3D 模式的强性至关重要。 我们通过系统分析发现, 默认使用的固定集合( 例如, MAX 集合) 通常会削弱AT 在点云分类中的有效性 。 有趣的是, 我们进一步发现, 以分类为基础的对准性集合可以大大改进模型的坚固性。 基于以上洞察力, 我们建议 深SymallSySy, 和28 初步的精确性模型运行, 255, 在初始性设计性基准下, 255 的精确性基准下, 基础, 基础, 基础, 基础化的精确性, 基础, 和精确性, 基础, 基础, 基础性, 基础性, 基础性, 基础性, 基础性, 基础性, 基础性, 基础性, 基础性, 基础性, 基础性, 基础性, 基础性, 基础设计性, 基础性, 基础, 基础性, 基础性, 基础性, 基础性, 基础性, 基础性, 基础性, 基础性, 基础性, 基础性, 基础性, 基础性, 基础性, 基础性, 基础性, 基础性, 基础性, 基础性, 基础性, 基础性, 基础性, 基础性, 基础性, 基础性, 基础性, 基础性, 基础性, 基础性, 基础性, 基础性, 基础性, 基础性, 基础性, 基础性, 基础性, 基础性, 基础性, 基础性, 基础性,