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Neural Honeytrace: A Robust Plug-and-Play Watermarking Framework against Model Extraction Attacks

Created by
  • Haebom

저자

Yixiao Xu, Binxing Fang, Rui Wang, Yinghai Zhou, Yuan Liu, Mohan Li, Zhihong Tian

개요

본 논문은 고성능 딥러닝 모델 개발의 높은 자원 소모로 인해 모델 소유자가 모델을 공개적으로 배포하는 대신 MLaaS 플랫폼을 이용하는 현실에 주목합니다. 그러나 악의적인 사용자는 쿼리 인터페이스를 악용하여 모델 추출 공격을 수행하고 대상 모델의 기능을 로컬에서 재구성할 수 있습니다. 기존의 트리거 기반 워터마킹 기술은 추가적인 훈련이 필요하거나 고급 공격자에 취약하다는 한계를 가지고 있습니다. 본 논문에서는 모델 추출 공격에 강력한 플러그 앤 플레이 워터마킹 프레임워크인 Neural Honeytrace를 제안합니다. 정보 이론적 관점에서 워터마크 전송 모델을 공식화하고, 유사성 기반의 훈련이 필요 없는 워터마킹 방법과 분포 기반의 다단계 워터마크 정보 전송 전략을 소개합니다. 네 개의 데이터셋에 대한 실험 결과, Neural Honeytrace는 기존 방법보다 효율적이며 적응형 공격에 강합니다. 최악의 경우 t-Test 기반 저작권 주장에 필요한 샘플 수를 193,252개에서 1,857개로 줄이며, 훈련 비용은 전혀 들지 않습니다. 코드는 GitHub에서 공개됩니다.

시사점, 한계점

시사점:
훈련 없이도 적용 가능한 플러그 앤 플레이 방식의 워터마킹 기법을 제시하여 모델 배포의 유연성을 높였습니다.
정보 이론적 관점에서 워터마킹 전송 모델을 제시하여 기존 방법의 한계와 개선 방향을 명확히 했습니다.
적응형 공격에 강한 다단계 워터마크 정보 전송 전략을 통해 저작권 보호의 안정성을 향상시켰습니다.
기존 방법 대비 훨씬 적은 샘플 수로 저작권 주장이 가능함을 실험적으로 증명했습니다.
한계점:
제안된 방법의 효과가 다양한 종류의 딥러닝 모델과 공격 유형에 대해 얼마나 일반화될 수 있는지 추가적인 연구가 필요합니다.
실제 MLaaS 환경에서의 성능 평가가 더욱 필요합니다.
극도로 정교한 적응형 공격에 대한 저항력에 대한 추가적인 검증이 필요할 수 있습니다.
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