Recent studies have shown that deep neural networks (DNNs) are highly vulnerable to adversarial attacks, including evasion and backdoor (poisoning) attacks. On the defense side, there have been intensive interests in both empirical and provable robustness against evasion attacks; however, provable robustness against backdoor attacks remains largely unexplored. In this paper, we focus on certifying robustness against backdoor attacks. To this end, we first provide a unified framework for robustness certification and show that it leads to a tight robustness condition for backdoor attacks. We then propose the first robust training process, RAB, to smooth the trained model and certify its robustness against backdoor attacks. Moreover, we evaluate the certified robustness of a family of "smoothed" models which are trained in a differentially private fashion, and show that they achieve better certified robustness bounds. In addition, we theoretically show that it is possible to train the robust smoothed models efficiently for simple models such as K-nearest neighbor classifiers, and we propose an exact smooth-training algorithm which eliminates the need to sample from a noise distribution. Empirically, we conduct comprehensive experiments for different machine learning (ML) models such as DNNs, differentially private DNNs, and K-NN models on MNIST, CIFAR-10 and ImageNet datasets (focusing on binary classifiers), and provide the first benchmark for certified robustness against backdoor attacks. In addition, we evaluate K-NN models on a spambase tabular dataset to demonstrate the advantages of the proposed exact algorithm. Both the theoretical analysis and the comprehensive benchmark on diverse ML models and datasets shed lights on further robust learning strategies against training time attacks or other general adversarial attacks.


翻译:最近的研究显示,深层神经网络(DNNS)极易受到对抗性攻击的伤害,包括躲避和后门(毒化)攻击。在国防方面,对应对规避攻击的经验性和可证实的稳健性有着浓厚的兴趣;然而,对后门攻击的可证实的稳健性在很大程度上仍未探索。在本文中,我们侧重于证明对后门攻击的稳健性。为此,我们首先为稳健性认证提供一个统一框架,并表明它导致后门攻击的严格稳健性条件。然后,我们提出第一个强健的培训进程,即RAB,以平滑性模式平滑性模型,以平滑性模型和证实其抵御后门攻击的稳健性;此外,我们评估一个“软性”模型的经认证的稳健健健健性强性,并显示这些模型获得了更好的经认证的稳健健性约束性约束性约束性约束性约束性。我们提议在KNFAR的硬性基准模型上进一步进行稳健性评估,我们提议对首次的稳健健性理论模型进行平稳性攻击进行抽样分析,如KML的硬性模型,对KML全面数据,对NFAR数据库数据进行实性数据进行学习。

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