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专利号: 2019108916305
申请人: 浙江工业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 计算;推算;计数
更新日期:2023-12-11
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种通道自适应优化的对抗攻击防御方法,包括以下步骤:(1)挑选分类正确并攻击成功的对抗图像以及对抗图像对应的正常图像,作为样本图像;

(2)对样本图像进行图像变换后得到变换图像,将变换图像输入至图像分类器中,输出

1×n维置信度,将针对同一样本图像的m个变化图像的1×n置信度进行拼接,获得针对一个样本图像的m×n维的置信度矩阵,并标记对抗图像对应的置信度矩阵类标为0,正常图像对应的置信度矩阵类标为1;

(3)将样本图像的通道数作为鸟巢的维度,利用二进制布谷鸟搜索算法优化通道数,以获得最优的通道个数及通道组合;

(4)按照最优的通道组合对样本图像的置信度矩阵进行重组,形成新置信度矩阵,利用新置信度矩阵和对应的类标对检测器进行优化训练,训练结束后,获得能够对抗防御的检测器;

(5)应用时,将待检测图像进行图像变换后输入至分类器中,获得置信度矩阵,将获得的置信度矩阵输入至训练好的检测器中,经计算输出准确的检测结果,以实现对抗防御;

步骤(3)的具体过程包括:

(3‑1)根据置信度矩阵,将每个通道按照置信度均值从高到低排序,将第i个样本图像的第j个通道数作为第i个鸟巢的第j个维度 进行初始化编码:其中,m表示解的维度,即置信度通道数,int(·)表示取整函数,rand{0,1}表示随机取

0或1,k1表示编码的分界阈值,公式(1)表示置信度排名在前k1%的通道编码为1,后k1%的通道编码为0,剩余的则进行0或者1的随机编码;

(3‑2)对解进行糟糕解替换,即基于概率pa∈[0,1]淘汰不适应环境的糟糕解,并将糟糕解按照公式(2)进行替换:

其中,t表示优化次数索引,k2表示替换编码的分界阈值,公式(2)表示置信度排名在前k2%的通道编码为1,后k2%的通道编码为0,剩余的保持上一次的编码值不变;

(3‑3)按照公式(3)进行鸟巢位置更新:其中,Sig(·)表示sigmoid函数,Avg(·)表示所有通道的置信度矩阵CMD的平均值,‑λ

其中Levy(λ)~u=s 表示服从当前迭代次数s的随机分布,Levy(λ)指莱维随机路径,用于随机数的生成,表明鸟巢位置的移动与更新,λ∈(1,3],α>0表示步长尺度缩放因子;

(3‑4)定义二进制布谷鸟搜索算法的适应度函数fitness(neti)为:fitness(neti)=F1(neti)+ξ×ChannelNumber(neti) (4)其中,F1(neti)表示第i个解neti所选择的通道组合实现的F1测度值,F1的计算公式如下所示:F1=2×(P×R)/(P+R),其中R为召回率,P为精确率,ChannelNumber(neti)表示第i个解neti所选的通道个数,ξ的取值根据ChannelNumber(neti)的值确定;

(3‑5)以适应度值小于预设的阈值或达到预设迭代次数为优化截止目标,按照步骤(3‑

2)和(3‑3)进行迭代优化,获得最优解,对最优解进行解码获得最优的通道个数以及通道组合。

2.如权利要求1所述的通道自适应优化的对抗攻击防御方法,其特征在于,步骤(1)中,搭建由卷积层、全连接层以及激活层组成的分类器,将正常图像输入至分类器中,选择分类正确的正常图像构成数据集;

采用攻击方法对分类正确的正常图像进行攻击,并将攻击后图像输入至分类器中,分类结果为分类错误,则表示攻击成功,选择分类错误的攻击后图像作为对抗图像,将对抗图像以及对抗图像对应的正常图像作为样本图像。

3.如权利要求1所述的通道自适应优化的对抗攻击防御方法,其特征在于,步骤(2)中,所述图像变换包括旋转、翻转、缩放、截切中的一种或任意几种的组合。

4.如权利要求1所述的通道自适应优化的对抗攻击防御方法,其特征在于,编码的分界阈值k1为15~25,替换编码的分界阈值k2为7~15。

5.如权利要求1所述的通道自适应优化的对抗攻击防御方法,其特征在于,编码的分界阈值k1为20,替换编码的分界阈值k2为10。

6.如权利要求1所述的通道自适应优化的对抗攻击防御方法,其特征在于,所述检测器的输入尺寸与置信度矩阵相同,由输入层、中间层以及输出层组成,中间层为全连接层,输出层是经过sigmoid激活的二分类结果。

7.如权利要求1所述的通道自适应优化的对抗攻击防御方法,其特征在于,步骤(4)中,按照最优的通道组合,将样本图像的置信度矩阵中的元素值进行重新排列,形成新置信度矩阵;

在对检测器进行训练时,以二分类结果的交叉熵作为损失函数Loss:其中,Nsam表示训练样本数目,AED(·)表示检测器AED的输出置信度, 表示输入的置信度数据集。

8.一种通道自适应优化的对抗攻击防御装置,包括计算机存储器、计算机处理器以及存储在所述计算机存储器中并可在所述计算机处理器上执行的计算机程序,其特征在于,所述计算机存储器中存有利用权利要求1~7任一项所述的对抗攻击防御方法训练好的分类器和训练好的检测器,所述计算机处理器执行所述计算机程序时实现以下步骤:将待检测图像进行图像变换,获得变换图像;

调用训练好的分类器对变换图像进行计算,输出置信度,组合成置信度矩阵;

调用练好的检测器对置信度矩阵进行计算,输出准确的检测结果,以实现对抗防御。