基于随机噪声和自适应步长的快速对抗训练方法

当前对抗训练(AT)及其变体被证明是防御对抗攻击的最有效方法,但生成对抗样本的过程需要庞大的计算资源,导致模型训练效率低、可行性不强;快速AT(Fast-AT)使用单步对抗攻击代替多步对抗攻击加速训练过程,但模型鲁棒性远低于多步AT方法且容易发生灾难性过拟合(CO)。针对这些问题,提出一种基于随机噪声和自适应步长的Fast-AT方法。首先,在生成对抗样本的每次迭代中,通过对原始输入图像添加随机噪声增强数据;其次,累积训练过程中每个对抗样本的梯度,并根据梯度信息自适应地调整对抗样本的扰动步长;最后,根据步长和梯度进行对抗攻击,生成对抗样本用于模型训练。在CIFAR-10、CIFAR-100数据集上进行多种对抗攻击,相较于N-FGSM(Noise Fast Gradient Sign Method),所提方法在鲁棒准确率上取得了至少0.35个百分点的提升。实验结果表明,所提方法能避免Fast-AT中的CO问题,提高深度学习模型的鲁棒性。