論文の概要: Evil from Within: Machine Learning Backdoors through Hardware Trojans

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2304.08411v2
• Date: Tue, 18 Apr 2023 07:25:23 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-04-19 11:16:27.585536
• Title: Evil from Within: Machine Learning Backdoors through Hardware Trojans
• Title（参考訳）: Evil from inside: ハードウェアトロイの木馬によるマシンラーニングバックドア
• Authors: Alexander Warnecke, Julian Speith, Jan-Niklas M\"oller, Konrad Rieck, Christof Paar
• Abstract要約: バックドアは、自動運転車のようなセキュリティクリティカルなシステムの整合性を損なう可能性があるため、機械学習に深刻な脅威をもたらす。 私たちは、機械学習のための一般的なハードウェアアクセラレーターに完全に存在するバックドアアタックを導入します。 我々は,Xilinx Vitis AI DPUにハードウェアトロイの木馬を埋め込むことにより,攻撃の実現可能性を示す。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 72.99519529521919
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Backdoors pose a serious threat to machine learning, as they can compromise the integrity of security-critical systems, such as self-driving cars. While different defenses have been proposed to address this threat, they all rely on the assumption that the hardware on which the learning models are executed during inference is trusted. In this paper, we challenge this assumption and introduce a backdoor attack that completely resides within a common hardware accelerator for machine learning. Outside of the accelerator, neither the learning model nor the software is manipulated, so that current defenses fail. To make this attack practical, we overcome two challenges: First, as memory on a hardware accelerator is severely limited, we introduce the concept of a minimal backdoor that deviates as little as possible from the original model and is activated by replacing a few model parameters only. Second, we develop a configurable hardware trojan that can be provisioned with the backdoor and performs a replacement only when the specific target model is processed. We demonstrate the practical feasibility of our attack by implanting our hardware trojan into the Xilinx Vitis AI DPU, a commercial machine-learning accelerator. We configure the trojan with a minimal backdoor for a traffic-sign recognition system. The backdoor replaces only 30 (0.069%) model parameters, yet it reliably manipulates the recognition once the input contains a backdoor trigger. Our attack expands the hardware circuit of the accelerator by 0.24% and induces no run-time overhead, rendering a detection hardly possible. Given the complex and highly distributed manufacturing process of current hardware, our work points to a new threat in machine learning that is inaccessible to current security mechanisms and calls for hardware to be manufactured only in fully trusted environments.
• Abstract（参考訳）: バックドアは、自動運転車のようなセキュリティクリティカルなシステムの完全性を損なう可能性があるため、機械学習に深刻な脅威をもたらす。 この脅威に対処するために異なる防御策が提案されているが、それらはすべて、推論中に学習モデルを実行するハードウェアが信頼されているという仮定に依存している。 本稿では、この仮定に挑戦し、機械学習のための共通のハードウェアアクセラレータ内に存在するバックドア攻撃を導入する。 アクセルの外では、学習モデルもソフトウェアも操作されないため、現在の防御は失敗する。 まず、ハードウェアアクセラレータ上のメモリが極めて制限されているため、元のモデルから可能な限り逸脱し、いくつかのモデルパラメータのみを置き換えることで活性化される最小のバックドアの概念を導入する。 第2に、バックドアでプロビジョニングでき、特定のターゲットモデルを処理する場合にのみ置換を行う構成可能なハードウェアトロイの木馬を開発する。 市販の機械学習アクセラレータであるxilinx vitis ai dpuにハードウェアトロイの木馬を組み込むことにより,攻撃の実用性を示す。 トラヒックサイン認識システムのための最小限のバックドアでトロイの木馬を構成する。 バックドアは30(0.069%)のモデルパラメータに置き換わるが、入力がバックドアトリガを含むと認識を確実に操作する。 我々の攻撃はアクセルのハードウェア回路を0.24%拡張し、実行時のオーバーヘッドを生じさせないため、検出は不可能である。 現在のハードウェアの複雑で高度に分散された製造プロセスを考えると、当社の作業は、現在のセキュリティメカニズムに到達できないマシンラーニングにおける新たな脅威と、完全に信頼された環境でのみ製造されるハードウェアの要求を指し示しています。

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