CGBA: Curvature-aware Geometric Black-box Attack
计 算 机 与 大 数 据 学 院 Fuzhou University CGBA: Curvature-aware Geometric Black-box Attack 论 文 出 处 ： ICCV 发 表 时 间 ： 2023 作 者 ： Md Farhamdur Reza, Ali Rahmati, Tianfu Wu, and Huaiyu Dai 作 者 单 位 ： Department of ECE, North Carolina State University 汇 报 人 ： 谢 颖 波 日 期 ： 2026-04-22 CGBA ： 曲 率 感 知 几 何 黑 盒 攻 击
1.摘要
1. 摘 要 现 有 基 于 决 策 攻 击 多 依 赖 估 计 的 法 向 量 进 行 一 维 搜 索 ， 在 边 界 曲 率 高 时 容 易 失 效 或 效 率 低 下 ， 这 篇 论 文 提 出 了 两 种 新 的 基 于 决 策 的 黑 盒 对 抗 攻 击 方 法 ： CGBA 和 CGBA ‑ H ， 核 心 思 想 是 利 用 决 策 边 界 的 曲 率 信 息 ， 在 受 限 制 的 二 维 平 面 内 沿 半 圆 轨 迹 搜 索 边 界 点 ， 从 而 更 高 效 地 生 成 对 抗 样 本 。 在 ImageNet 和 CIFAR10 数 据 集 上 对 我 们 提 出 的 方 法 进 行 了 大 量 的 测 试 ， 证 明 了 CGBA 和 CGBA-H 分 别 比 最 新 的 非 目 标 攻 击 和 目 标 攻 击 的 性 能 。
2.引言
2. 引 言 对 于 一 张 图 像 X 其 大 小 维 度 假 设 为 ( H,W,C), 则 可 以 将 其 视 为 一 个 在 H*W*C 维 度 空 间 中 的 一 个 点 ， 点 坐 标 为 每 一 个 像 素 点 的 值 (x1,x2....) ， 识 别 模 型 就 是 在 这 么 一 个 H*W*C 维 度 的 空 间 中 划 分 区 域 ， 每 个 区 域 内 的 每 一 个 点 都 被 模 型 分 类 为 同 一 个 类 别 。 对 抗 攻 击 即 是 在 H*W*C 维 度 的 空 间 中 寻 找 错 分 类 的 点 。
3.相关工作
3. 相 关 工 作 SurFree ： 两 条 线 确 定 一 个 平 面 ， 对 于 基 于 决 策 的 攻 击 ， 一 条 线 是 原 始 图 像 与 当 前 对 抗 图 像 的 连 线 u （ x o 和 x b ） 和 一 条 在 u 出 估 计 的 法 向 量 v （ SurFree 为 随 机 选 择 ） 。 则 H*W*C 的 降 维 成 一 个 平 面 。 之 后 就 可 以 u,v 构 成 的 平 面 中 探 索 模 型 的 分 类 边 界 ， 寻 找 下 一 个 距 离 x o 更 小 的 对 抗 样 本
4.CGBA
4. CGBA 白 色 区 域 是 正 确 分 类 区 域 ， 橙 色 是 攻 击 成 功 区 域 ， 图 片 是 在 一 个 64*64*3 维 空 间 中 的 一 个 点 ， 这 是 空 间 中 的 一 个 平 面 1.X s 是 原 始 的 图 像 ， 我 们 首 先 通 过 随 机 添 加 噪 音 来 到 X b1 。 如 果 是 目 标 攻 击 ， 则 是 目 标 标 签 对 应 的 一 张 图 片
4.CGBA
4. CGBA 2.. 通 过 X s 和 X bt 的 连 线 来 估 计 下 一 步 的 方 向 n t ， 即 在 X bt 上 添 加 N 个 扰 动 Z i （ 服 从 高 斯 分 布 ） ， 然 后 估 计 单 位 法 向 量 n t 其 中 ϕ( ⋅ ) 为 攻 击 成 功 指 示 函 数 （ 非 目 标 ： 分 类 错 误 为 1 ； 目 标 ： 分 类 为 目 标 类 别 为 1 . 否 则 为 -1 ）
4.CGBA
4. CGBA 3.v t 是 X s 和 X bt 的 向 量 表 示 ， 这 两 个 向 量 张 成 一 个 二 维 平 面 ， X s 和 X bt 连 线 为 直 径 画 一 个 半 圆 。 CGBA 将 在 这 个 平 面 内 进 行 搜 索 。 CGBA 的 目 标 是 在 这 个 二 维 平 面 上 ， 找 到 一 个 新 的 边 界 点 ， 使 得 它 比 X bt 更 加 靠 近 X s （ l2 距 离 ）
4.CGBA
4. CGBA 4. 在 半 圆 上 进 行 二 分 搜 索 （ X r 和 X q, X bt+1 ） 5. 将 X bt+1 和 X s 连 线 ， 重 新 估 计 一 个 法 向 量 ， 在 一 个 新 的 二 维 平 面 上 搜 索 。
5.CGBA-H
5.CGBA-H 假 设 决 策 边 界 是 一 个 非 常 弯 曲 的 边 界 ， CGBA-H （ b ） 可 能 会 比 CGBA （ a ） 找 到 一 个 更 好 的 解 。 具 体 的 说 从 θ t /2 开 始 （ θ t / 是 v t 和 n t 夹 角 ） ， 起 点 不 同 ， 同 样 二 分 后 再 在 x q 和 x s 的 连 线 处 再 进 行 二 分 。
6.实验
6. 实 验 数 据 集 ： ImageNet 和 CIFAR-10 分 类 器 ： ResNet50, VGG16, ResNet101and ViT 对 比 方 法 ： HSJA 、 GeoDA 、 generalizedTA 、 TRIA 、 SurFree 和 AHA HSJA ， 直 线 二 分 generalizedTA 、 TRIA ， 平 面 三 角 形 搜 索
6.实验
6. 实 验 默 认 成 功 率 100% ， 对 比 不 同 方 法 在 不 同 查 询 次 数 下 的 l2 范 数
6.实验
6. 实 验 <2.5 的 非 目 标 攻 击 成 功 率 和 <12 的 目 标 攻 击 成 功 率 不 同 距 离 限 制 下 的 攻 击 成 功 率
7.结论
7. 结 论 在 这 项 工 作 中 ， 文 章 提 出 了 两 种 新 的 基 于 决 策 的 黑 盒 攻 击 ： CGBA 和 CGBA-H ， 它 们 在 受 限 的 2 D 平 面 上 使 用 半 圆 轨 迹 来 确 保 找 到 一 个 新 的 边 界 点 ， 而 不 考 虑 边 界 的 曲 率 。 CGBA 通 过 有 效 地 利 用 决 策 边 界 的 低 曲 率 ， 在 性 能 上 优 于 SOTA 非 定 向 攻 击 ， 而 CGBA-H 则 适 应 决 策 边 界 的 高 曲 率 ， 从 而 获 得 更 好 的 定 向 攻 击 性 能 。