[论文笔记]Decoupling Direction and Norm for Efficient Gradient-Based L2 Adversarial Attacks and Defenses

本文提出DDN,一种高效基于梯度的L2对抗性攻击方法,通过对扰动方向和范数解耦,在低L2范数下成功攻击目标网络。在多个数据集上,DDN在untargeted和targeted攻击中表现优秀,迭代次数远少于CW,且在对抗训练后模型性能优于Madry defense。

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Decoupling Direction and Norm for Efficient Gradient-Based L2 Adversarial Attacks and Defenses(2019 CVPR Oral)

文章简介:
本文提出了一种有效的基于梯度的攻击方法DDN,通过对图像中添加的对抗性扰动的方向和范数进行解耦,从而在L2范数较低的情况下成功攻击目标网络。在2018 NIPS Adversarial Vision Challenge(black-box)中,本文方法在untargeted attacks中排名第一,在targeted attack和robust models中排名第3。

  • 相关工作的缺点:

    • CW是目前最有效的white-box攻击,并且只有较小的L2 noise,但是该方法的缺点是速度慢(用的是line-search),经常需要迭代上千次。(DDN需要的迭代次数比C&W大约少100倍)
    • one-step攻击方法虽然速度快,但是用他们训练不能提高模型在white-box条件下的鲁棒性
  • Dataset:

    • mnist
    • cifar-10
    • imagenet datasets
  • 特点:

    • 使用DDN进行对抗训练后的模型能够outperform Madry defense(state-of-the-art)
    • gradient-based attacks that optimize the L2 norm of the distortion
    • white-box(本文讨论的范围,但也可以进行black-box attack)、untargeted attack & targeted attack
  • 生成效果:

  • 算法介绍:

    • 在算法优化过程中不需要对L2 norm进行惩罚,可以在一定程度上解放在过往方法中对超参数C的选择(CCC为L2 norm的系数),本文是通过将对抗性扰动δ\deltaδ投影到原图xxxϵ−sphere\epsilon-sphereϵsphere来进行限制。然后L2 norm就修改为了binary decision(如果sample xkx_kxk(第k步)不是对抗的,则第k+1步的扰动会增加否则减少)
    • 算法中为了解决梯度范数变化较大的问题,作者在进行方向更新前先对其进行归一化
    • m=1m=1m=1时,为untargeted attack,其目的是增大true label的loss;当m=−1m=-1m=1时,为targeted attack,注意到现在的y是target label,所以我们要减小target label的loss。
  • 结果对比:

  1. untargeted attack
    • 对于MNIST和CIFAR-10,DDN与C&W和DeepFool性能差不多,当C&W的迭代次数
    • 对于ImageNet,DDN只需要迭代300步就能达到100%的成功攻击率,并且有更好的Mean L2 norm。DeepFool虽然Mean L2 norm与DDN比较接近,但成功攻击率未能达到100%。
  1. targeted attack
    • (这里只列举ImageNet结果)可以发现,达到100%的成功攻击率,DDN所需要的迭代次数更少,并且不管在Average case还是Least Likely case,DDN的mean L2 norm都比较小。

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<think>好的,用户让我翻译“note suggest replicating both decoupling cap values, number and placement”。首先,我需要确定这句话的上下文。看起来是关于电子电路设计的,尤其是去耦电容的应用。用户之前询问过“Questions or Comments”的翻译,可能是在技术文档或工程相关的环境中工作。 首先,分解句子结构。“note”可能是指文档中的注释或注意事项,“suggest replicating both decoupling cap values, number and placement”意思是建议复制去耦电容的值、数量和位置。需要确认专业术语的正确翻译,比如“decoupling cap”是“去耦电容”,没错。 然后,考虑用户可能的背景。用户可能是工程师或技术人员,需要准确的翻译用于设计文档或电路图注释。之前的对话中,用户关注技术术语的翻译和使用场景,所以这次翻译也需要保持专业性和准确性。 接下来,检查是否有需要特别注意的地方。“replicating”在这里是“复制”还是“重现”?根据电路设计的常见做法,可能是指在不同部分使用相同的去耦电容配置,确保一致性。因此,“建议在...位置完全复制”更合适。 用户可能的需求不仅是翻译,还有对技术建议的理解。需要确保翻译后的句子在技术上是准确的,并且符合行业标准。例如,“decoupling cap values”翻译为“去耦电容的容值”,“number”是数量,“placement”是布局位置。 另外,用户可能希望了解为何要复制这些参数,所以解释部分需要简明扼要,说明这样做的好处,比如减少噪声,保证信号完整性等。同时,举例应用场景,如PCB设计、模块复用等,帮助用户更好地理解使用情境。 最后,确认翻译和建议是否覆盖了用户可能的深层需求。用户可能不仅需要翻译,还想知道如何在实际项目中应用这一建议,或者在文档中如何正确表达。因此,提供结构化的翻译和解释,加上示例,能够满足用户的需求。</think>以下是关于 **"note suggest replicating both decoupling cap values, number and placement"** 的翻译与技术解析: -- ### **1. 核心翻译** **建议完全复制去耦电容的容值、数量及布局位置** (注:强调设计复用的一致性) --- ### **2. 技术内涵解析** | **关键词** | 工程含义 | |--| | **replicating** | 在相同/对称电路中复用相同参数,确保阻抗匹配和噪声抑制性能一致 | | **decoupling cap** | 高频去耦电容,用于抑制电源轨瞬态噪声(典型值:0.1μF+10μF 组合) | | **placement** | 重点指电容与芯片电源引脚的距离(需满足 ESL 最小化原则) | --- ### **3. 典型应用场景** - **PCB 对称电路设计** 例如:差分信号对的电源端、ADC 的 AVDD/DVDD 供电网络 - **多通道系统** 例如:多路运放、FPGA Bank 的电源分配 - **模块化设计复用** 例如:已验证的电源滤波方案在多块子板间的移植 --- ### **4. 实施建议模板** ```markdown ### 去耦电容配置规范 - **容值组合**:10μF (0805) + 0.1μF (0402) 并联 - **布局要求**: ▶ 0.1μF 电容距芯片电源引脚 ≤ 2mm ▶ 10μF 电容位于电源入口端 - **复用规则**: 相同功能模块需 **严格复制** 电容参数与走线拓扑 ``` --- ### **5. 扩展知识** **为何强调"replicating"?** 在高速电路设计中,去耦电容的参数和位置直接影响: ✅ 电源完整性(Power Integrity) ✅ 电磁兼容性(EMC) ✅ 信号上升沿质量 **差异化布局可能导致**:通道间时序偏移、共模噪声增大等问题。 如果需要更具体的 PCB 设计规范模板,可以进一步说明应用领域(如:射频电路、高速数字电路等)。
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