創新工場“AI蒙汗藥”論文入選NeurIPS 2019，防范“AI黑客”的另類方法

該論文目的是對人工智能系統的安全性做一個技術性評估。

9月4日，被譽為機器學習和神經網絡領域的頂級會議之一的NeurIPS 2019揭曉收錄論文名單，創新工場人工智能工程院的論文“Learning to Confuse: Generating Training Time Adversarial Data with Auto-Encoder”被接收在列，論文的三位作者分別是：創新工場南京國際人工智能研究院執行院長馮霽、創新工場南京國際人工智能研究院研究員蔡其志、南京大學人工智能學院院長周志華。

這篇論文圍繞現階段人工智能系統的安全性展開研究，具體而言，文章提出了一種高效生成對抗訓練樣本的方法DeepConfuse，通過微弱擾動數據庫的方式，徹底破壞對應的學習系統的性能，達到“數據下毒”的目的。

論文第一作者馮霽表示，該論文目的是對人工智能系統的安全性做一個技術性評估，假設數據庫被惡意篡改的話，對應的系統會壞成什么樣。另一個目的也是希望呼吁引起對該問題的重視。

創新工場“數據下毒”論文入選頂會NeurIPS

“Learning to Confuse: Generating Training Time Adversarial Data with Auto-Encoder”這篇論文的主要貢獻，就是提出了高效生成對抗訓練數據的最先進方法之一——DeepConfuse，通過劫持神經網絡的訓練過程，教會噪聲生成器為訓練樣本添加一個有界的擾動，使得該訓練樣本訓練得到的機器學習模型在面對測試樣本時的泛化能力盡可能地差，非常巧妙地實現了“數據下毒”。

顧名思義，“數據下毒”即讓訓練數據“中毒”，具體的攻擊策略是通過干擾模型的訓練過程，對其完整性造成影響，進而讓模型的后續預測過程出現偏差。（“數據下毒”與常見的“對抗樣本攻擊”是不同的攻擊手段，存在于不同的威脅場景：前者通過修改訓練數據讓模型“中毒”，后者通過修改待測試的樣本讓模型“受騙”。）

舉例來說，假如一家從事機器人視覺技術開發的公司希望訓練機器人識別現實場景中的器物、人員、車輛等，卻不慎被入侵者利用論文中提及的方法篡改了訓練數據。研發人員在目視檢查訓練數據時，通常不會感知到異常（因為使數據“中毒”的噪音數據在圖像層面很難被肉眼識別），訓練過程也一如既往地順利。但這時訓練出來的深度學習模型在泛化能力上會大幅退化，用這樣的模型驅動的機器人在真實場景中會徹底“懵圈”，陷入什么也認不出的尷尬境地。更有甚者，攻擊者還可以精心調整“下毒”時所用的噪音數據，使得訓練出來的機器人視覺模型“故意認錯”某些東西，比如將障礙認成是通路，或將危險場景標記成安全場景等。

為了達成這一目的，這篇論文設計了一種可以生成對抗噪聲的自編碼器神經網絡DeepConfuse，通過觀察一個假想分類器的訓練過程更新自己的權重，產生“有毒性”的噪聲，從而為“受害的”分類器帶來最低下的泛化效率，而這個過程可以被歸結為一個具有非線性等式約束的非凸優化問題。

此外，論文中提出的方法還能有效擴展至針對特定標簽的情形下，即攻擊者希望通過一些預先指定的規則使模型分類錯誤，例如將“貓”錯誤分類成“狗”，讓模型按照攻擊者計劃，定向發生錯誤。

對數據“下毒”技術的研究并不單單是為了揭示類似的AI入侵或攻擊技術對系統安全的威脅，更重要的是，只有深入研究相關的入侵或攻擊技術，才能有針對性地制定防范“AI黑客”的完善方案。

AI安全攻防還在探索期，不存在一個包治百病的“疫苗”

當前，隨著AI算法、AI系統在國計民生相關的領域逐漸得到普及與推廣，科研人員必須透徹地掌握AI安全攻防的前沿技術，并有針對性地為自動駕駛、AI輔助醫療、AI輔助投資等涉及生命安全、財富安全的領域研發最有效的防護手段。

在線上的發布會中，創新工場CTO、人工智能工程院執行院長王詠剛也表示，目前的AI系統攻防處于非常早期的研發階段，與傳統安全領域已經相對成熟的方法論、算法、工具、平臺等相比，AI安全攻防還處于探索期。目前的主流攻擊方法，如對抗樣本攻擊，數據下毒攻擊等，雖然已經有一些防范思路，但無論是攻擊技術，還是安全防護技術都在發展中。

馮霽則表示，“目前防護的技術還處于較為初期的情況，類似于網絡安全，不存在一個包治百病的“疫苗”，對于人工智能企業，我們建議需要建立專門的安全團隊，對自家的系統進行全方位的保護。”

除了安全問題之外，人工智能應用的數據隱私問題，也是創新工場AI安全實驗室重點關注的議題之一。 近年來，隨著人工智能技術的高速發展，社會各界對隱私保護及數據安全的需求加強，聯邦學習技術應運而生，并開始越來越多地受到學術界和工業界的關注。

具體而言，聯邦學習系統是一個分布式的具有多個參與者的機器學習框架，每一個聯邦學習的參與者不需要與其余幾方共享自己的訓練數據，但仍然能利用其余幾方參與者提供的信息更好的訓練聯合模型。換言之，各方可以在在不共享數據的情況下，共享數據產生的知識，達到共贏。

創新工場AI工程院十分看好聯邦學習技術的巨大應用潛力，今年3月，馮霽代表創新工場當選為IEEE聯邦學習標準制定委員會副主席，著手推進制定AI協同及大數據安全領域首個國際標準。創新工場也將成為聯邦學習這一技術“立法”的直接參與者。

創新工場AI工程院論文成果斬獲多項國際頂會

創新工場憑借獨特的VC+AI（風險投資與AI研發相結合）的架構，致力于扮演前沿科研與AI商業化之間的橋梁角色，他們于2019年廣泛開展科研合作，與其他國際科研機構合作的論文在多項國際頂級會議中嶄露頭角，除上述介紹的“數據下毒”論文入選NeurlPS之外，還有8篇收錄至五大學術頂會，具體包括：兩篇論文入選計算機視覺領域國際頂會ICCV、一篇論文入選機器人與自動化領域國際頂會IROS、三篇論文入選自然語言處理領域國際頂會EMNLP、一篇論文入選計算機圖形學和可視化領域國際頂級期刊IEEE TVCG、一篇論文入選計算機網絡頂級學術會議NSDI。

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