Despite multiple efforts made towards robust machine learning (ML) models, their vulnerability to adversarial examples remains a challenging problem that calls for rethinking the defense strategy. In this paper, we take a step back and investigate the causes behind ML models' susceptibility to adversarial examples. In particular, we focus on exploring the cause-effect link between adversarial examples and the out-of-distribution (OOD) problem. To that end, we propose an OOD generalization method that stands against both adversary-induced and natural distribution shifts. Through an OOD to in-distribution mapping intuition, our approach translates OOD inputs to the data distribution used to train and test the model. Through extensive experiments on three benchmark image datasets of different scales (MNIST, CIFAR10, and ImageNet) and by leveraging image-to-image translation methods, we confirm that the adversarial examples problem is a special case of the wider OOD generalization problem. Across all datasets, we show that our translation-based approach consistently improves robustness to OOD adversarial inputs and outperforms state-of-the-art defenses by a significant margin, while preserving the exact accuracy on benign (in-distribution) data. Furthermore, our method generalizes on naturally OOD inputs such as darker or sharper images


翻译:尽管为建立强有力的机器学习(ML)模式做出了多种努力,但是,他们很容易成为对抗性例子,这仍然是一个挑战性的问题,需要重新思考国防战略。在本文件中,我们退后一步,调查ML模型容易成为对抗性例子的原因。特别是,我们着重探讨对抗性例子与分配外(OOD)问题之间的因果关系。为此,我们提出OOOD的概括化方法,既反对对手引发的和自然分配的变化。通过OOOD到分布性绘图直觉,我们的方法将OOOD投入转化为用于培训和测试模型的数据分配。通过对三个不同尺度的基准图像数据集(MNIST、CIFAR10和图像网络)的广泛实验,并通过利用图像到图像翻译方法,我们确认对抗性实例问题是一个更广泛的OOD一般化问题的特殊案例。在所有数据集中,我们显示我们基于翻译的方法始终在提高OOD对抗性投入的稳健性,并将OOD的状态防御以显著的基距差,同时保持我们关于OD的准确性总体图像的准确性,作为OA级的精确度。

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