Semantic communications seeks to transfer information from a source while conveying a desired meaning to its destination. We model the transmitter-receiver functionalities as an autoencoder followed by a task classifier that evaluates the meaning of the information conveyed to the receiver. The autoencoder consists of an encoder at the transmitter to jointly model source coding, channel coding, and modulation, and a decoder at the receiver to jointly model demodulation, channel decoding and source decoding. By augmenting the reconstruction loss with a semantic loss, the two deep neural networks (DNNs) of this encoder-decoder pair are interactively trained with the DNN of the semantic task classifier. This approach effectively captures the latent feature space and reliably transfers compressed feature vectors with a small number of channel uses while keeping the semantic loss low. We identify the multi-domain security vulnerabilities of using the DNNs for semantic communications. Based on adversarial machine learning, we introduce test-time (targeted and non-targeted) adversarial attacks on the DNNs by manipulating their inputs at different stages of semantic communications. As a computer vision attack, small perturbations are injected to the images at the input of the transmitter's encoder. As a wireless attack, small perturbations signals are transmitted to interfere with the input of the receiver's decoder. By launching these stealth attacks individually or more effectively in a combined form as a multi-domain attack, we show that it is possible to change the semantics of the transferred information even when the reconstruction loss remains low. These multi-domain adversarial attacks pose as a serious threat to the semantics of information transfer (with larger impact than conventional jamming) and raise the need of defense methods for the safe adoption of semantic communications.


翻译:语义通信寻求从源中传输信息,同时向目的地传递想要的含义。 我们将发射机接收器的功能建模为自动编码器, 之后是一个任务分类器, 评估向接收器传递的信息的含义。 自动编码器由发送机的编码器组成, 以联合模拟源代码编码、 频道编码和调制, 接收器的解码器是一个解码器, 以联合模拟降序、 频道解码和源解码。 通过以语义损失来增加重建损失。 通过对称损失来增加重建损失, 这组编码机的两组深层神经网络( DNNN), 并随后用任务分类码解码解码器来评估向接收器发送信息的信息的含义。 在 DNNTER 配置器中, 将最小的存储器变换码变换为系统, 将测试时间( 目标和非目标的) 联合解码解码器对立对立对等系统进行互动训练。 在 DNNPER 的变变变变变变变变变时, 系统变变变变为系统 变变变变变变变为系统 。 变后, 变变变变变变变变变变变变变的系统变变变变变变变变变变变变变变变变变变变变变变变变变变变变变变变变为常规。

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