基于GAN实现环境声音分类的组合对抗防御

来源：电子与信息学报杂志2023年第12期北京时间：

作者：张强, 杨吉斌, 张雄伟, 曹铁勇, 李毅豪

单位：陆军工程大学指挥控制工程学院 南京 210007

摘要：虽然深度神经网络可以有效改善环境声音分类(ESC)性能，但对对抗样本攻击依然具有脆弱性。已有对抗防御方法通常只对特定攻击有效，无法适应白盒、黑盒等不同攻击场景。为提高ESC模型在各种场景下对各种攻击的防御能力，该文提出一种结合对抗检测、对抗训练和判别性特征学习的ESC组合对抗防御方法。该方法使用对抗样本检测器(AED)对输入ESC模型的样本进行检测，基于生成对抗网络(GAN)同时对AED和ESC模型进行对抗训练，其中，AED作为GAN的判别器使用。同时，该方法将判别性损失函数引入ESC模型的对抗训练中，以驱使模型学习到的样本特征类内更加紧凑、类间更加远离，进一步提升模型的对抗鲁棒性。在两个典型ESC数据集，以及白盒、自适应白盒、黑盒攻击设置下，针对多种模型开展了防御对比实验。实验结果表明，该方法基于GAN实现多种防御方法的组合，可以有效提升ESC模型防御对抗样本攻击的能力，对应的ESC准确率比其他方法对应的ESC准确率提升超过10%。同时，实验验证了所提方法的有效性不是由混淆梯度引起的。

关键词：环境声音, 对抗防御, 对抗训练, 对抗检测, 判别性特征学习

基金资助：国家自然科学基金(62071484)