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专利号: 2020103611591
申请人: 浙江工业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-07-29
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种面向基于人工免疫算法对抗攻击的对抗防御方法,其特征在于,包括以下步骤:(1)获取原始图片样本集;以原始图片样本为基础,基于人工免疫算法生成对抗样本;

将原始图片样本与对抗样本合并,分为训练集和测试集;

以原始图片样本为基础,基于人工免疫算法生成对抗样本,包括以下步骤:(ⅰ)在每个原始图片样本上随机添加扰动块,构成N个不同的扰动样本,建立初始种群n0;

(ⅱ)依据适应度函数计算每个扰动样本的适应度值;依据适应度值成比例地生成扰动样本的克隆体,再对每个克隆体进行变异操作,生成子样本群n1;所述的适应度函数为:F=f(x′)y+||x′‑x||0           (4)式中,x′为扰动样本;x为x′对应的原始图片样本;y为x的目标标签;f(x′)y表示图片分类器将扰动样本x′识别成目标标签y的置信度;||x′‑x||0表示x′与x差的0范式,即为增加的扰动个数;

(ⅲ)将子样本群n1与初始种群n0合并形成新样本群n01,根据样本的适应度对新样本群n01中的样本进行帕累托排序,选取N个较优样本形成样本记忆集M;

(ⅳ)针对样本记忆集M,计算两样本之间的相似度,若相似度小于网络抑制阈值ζ,则删除两个样本中的一个;

(ⅴ)根据步骤(ⅰ)的方法随机生成扰动样本并引入到样本记忆集M中,引入的扰动样本数目与步骤(ⅳ)中删除的样本数目相同;

(ⅵ)重复步骤(ⅱ)~(ⅴ),直至迭代次数达到预设值,获得对抗样本集;

(2)利用训练集和测试集对图片分类器进行训练,获得图片识别模型;

(3)利用图片识别模型对待识别图片进行识别,实现图片识别的对抗防御。

2.根据权利要求1所述的面向基于人工免疫算法对抗攻击的对抗防御方法,其特征在于,以如下公式在原始图片样本上添加扰动块:式中,x表示原始图片样本横坐标,y表示原始图片样本纵坐标;当mxy等于0时,表明原始图片样本在(x,y)位置处不添加扰动,当mxy等于1时,表明样本在(x,y)位置处添加扰动;

rand()表示在区间[0,1]上服从均匀分布的随机数。

3.根据权利要求1所述的面向基于人工免疫算法对抗攻击的对抗防御方法,其特征在于,对每个克隆体进行变异操作如下式所示;

f*

x′=x+λ·N(0,1)·e             (5)式中,x′为扰动样本;x为x′对应的原始图片样本;f*是x的适应度经0~1标准化后的值,即f*∈[0,1];N(0,1)表示标准正太随机分布数,其中均值μ等于0,标准方差σ等于1;λ是比例常数,用于控制指数函数的衰减程度。

4.根据权利要求1所述的面向基于人工免疫算法对抗攻击的对抗防御方法,其特征在于,根据样本的适应度对新样本群n01中的样本进行帕累托排序包括:对新样本群n01进行非支配排序和计算拥挤度,选择N个较优样本形成样本记忆集M。

5.根据权利要求4所述的面向基于人工免疫算法对抗攻击的对抗防御方法,其特征在于,对新样本群n01进行非支配排序包括:a)计算每个样本的被支配度Np和支配度Sp;

b)设置i=0,i表示层级;

c)挑出新样本群n01中支配度Np为i的个体,构成非支配样本群Fi;

d)遍历Fi中的每一个个体,在遍历Fi中的每一个个体的过程中,遍历每个个体的Sp中的个体;当遍历到Sp中的某个体Np时,将个体Np减1;Fi遍历完成后,将Np为0的个体归入非支配样本群Fi+1;

e)i=i+1;

f)重复步骤d)~e),直到所有个体完成分级。

6.根据权利要求4所述的面向基于人工免疫算法对抗攻击的对抗防御方法,其特征在于,样本的拥挤度计算公式如下:Ii=(f1,i+1‑f1,i‑1)/(f1max‑f1min)+(f2,i+1‑f2,i‑1)/(f2max‑f2min)      (8)其中,Ii表示第i个样本的拥挤度;f1,i+1表示第i+1个样本的第一个目标函数值;f1max表示第i个样本所在层的所有个体中,第一个目标函数能取到的最大值;f2,i+1表示第i+1个样本的第二个目标函数值;f2max表示第i个样本所在层所有个体中,第二个目标函数能取到的最大值;f1,i‑1表示第i‑1个样本的第一个目标函数值;f1min表示第i个样本所在层所有个体中,第一个目标函数的最小值;f2,i‑1表示第i‑1个样本的第二个目标函数值;f2min表示第i个样本所在层所有个体中,第二个目标函数的最小值;第一目标函数为F1=minf(x′)y;第二目标函数为F2=||x′‑x||0。

7.根据权利要求1所述的面向基于人工免疫算法对抗攻击的对抗防御方法,其特征在于,步骤(ⅳ)中,两样本之间的相似度用两者之间的欧氏距离表示。

8.根据权利要求1所述的面向基于人工免疫算法对抗攻击的对抗防御方法,其特征在于,步骤(ⅵ)中,迭代次数的预设值为50。