本次组会介绍可验证数据集所有权的研究进展

研究背景

科研问题

当前的模型（包括生成模型，AIGC）训练依赖于高质量的数据集，但数据集的获取极其不易，急需一种新的鲁棒性水印技术来保护数据集，防止被窃取。

现有的数据集水印缺乏定量研究可以检测水印的理论保证，易受到未来新类型的攻击去删除水印（存在攻防博弈关系）

科研目的

提出一种黑盒状态下基于共性预测的新型鲁棒的数据集可验证水印，旨在提供理论保证。只要数据集的扰动在一个区域（水印鲁棒性及其扰动大小共同指定的二维认证区域）之内，水印不易被删除，从而验证数据集的所有权。

研究方法

通过分别计算验证模型和可疑模型的概率分布，然后使用共性预测来对比这两者的差异之处，以此验证数据集所有权

基于自适应邻域选择和时空特征融合的电网虚假数据注入攻击定位

研究内容将于组会详细介绍

基于稀疏不可见后门水印的数据集保护技术研究

投毒攻击的主要目的在于通过恶意梯度或恶意数据降低全局模型的准确度。后门攻击也是通过数据投毒或模型投毒实现，在联邦学习中许多研究者将后门攻击归纳为特殊的投毒攻击。 后门攻击影响目标子任务的性能，全局模型在正常情况下表现良好，在某一类数据上准确度降低。联邦学习的后门攻击具有很强的隐蔽性，需要设计特定的防御方法来减轻后门攻击的影响。

文献列表

其余部分我会在组会详细介绍

今天主要针对我的《合成数据评估研究》进行介绍。

背景

在许多行业和领域中，数据被视为推动科学研究、技术创新和机器学习发展的关键资源。然而，现实中许多真实数据涉及敏感的隐私信息，尤其是在医疗、金融、政府和教育等行业。随着个人隐私保护意识的提升，全球范围内的法律法规也不断加强，对数据共享和公开的限制日益严格。例如，欧洲的GDPR（通用数据保护条例）和美国的HIPAA（健康保险携带与责任法案）等法律明确规定了数据的使用、存储和共享的严格要求。这些法律的实施有效保障了个体隐私权利，但同时也造成了数据的封闭性，限制了新技术的应用，尤其是对科学研究和机器学习算法的开发和验证造成了阻碍。

在此背景下，生成模型（如生成对抗网络GANs、变分自编码器VAEs等）作为一种新兴的技术，提供了一个潜在的解决方案。生成模型能够通过学习真实数据的统计分布，生成与真实数据相似的合成数据。与真实数据相比，合成数据不包含具体的个人信息，因此不会违反隐私保护规定，但它仍然能够保留真实数据的大部分分布信息。这意味着，研究人员可以使用这些合成数据进行科学实验、模型训练和算法验证，从而避免了隐私泄露的风险，并且仍能进行高质量的研究和分析。

•在这个背景下，合成数据（synthetic data）的评估显得尤为重要。尽管生成模型为解决隐私问题提供了一个潜在的解决方案，但合成数据的质量和有效性直接影响到科学研究和机器学习应用的可靠性。如果合成数据无法充分反映真实数据的特征和分布，或存在系统性偏差，它可能导致模型训练和结果分析的偏差。因此，如何准确评估合成数据的质量成为了确保其广泛应用的关键。

当前合成数据的评估维度主要包括：

•Fidelity: 生成的样本应当与真实数据集 𝑃𝑟 中的真实样本相似。一个高忠实度的合成数据集应包含“realistic”的样本，例如视觉上真实的图像。

•

•Usefulness: 使用真实数据训练的模型在进行下游的ML任务时的效果，应该与使用合成数据或合成数据混合真实数据的训练集在进行下游的ML任务时的效果相近。

•

•Diversity: 生成的样本应足够多样化，以覆盖真实数据的变异性。也就是说，模型应能够生成多种高质量的样本。

•

•Generalization: 生成的样本不应仅仅是训练数据中（真实）样本的简单复制，即对真实数据 𝐷𝑟𝑒𝑎𝑙过拟合的模型并不是真正的“生成性”模型。

研究问题

•不同类型的数据（tabular data, time series data等）需要使用不同的evaluation的方法来进行评估 [8]。

•

•比起先前仅使用likelihood来对合成数据进行评估的方法，现在更加趋近于使用维度的方法来对合成数据进行评估[9]。

•

•合成数据直接copy原始数据的问题（overfitting problem）[1][10]。

研究目的

1.针对现有的评测维度，提出一个新的evaluation的维度，结合现有的维度，组成全新的评测框架

2.在现有的evaluation的维度中提出全新的方法来对合成数据的质量进行评估。

本次组会汇报常见深度学习算法在网络空间安全中的应用的综述

攻击者分类

在黑盒攻击中，攻击者对深度学习模型一无所知，对模型知识掌握度为0。

在灰盒攻击中，攻击者知道模型中存在的一些组件的细节，并且对模型有适度的了解。

在白盒攻击中，攻击者完全了解此模型。这种情况只会在最坏的情况下发生。

攻击行为分类

对抗攻击（Adversarial Attacks）：

在对抗性攻击中，攻击者经常插入类似于所使用的训练输入的扰动，这些攻击通常是白盒攻击。

投毒攻击（Poisoning attacks）：

为了降低深度学习算法的预测准确性，对手将病毒插入训练样本中。

深度学习算法-CNN

卷积神经网络（Convolutional Neural Network ）：CNN的前馈神经网络分别由卷积层、多个隐藏层、池化层和全连接层组成。卷积层的作用是特征提取，池化层的作用是对卷积层中提取的特征进行挑选，进而降维，减少计算量。

Zhang等人提出了一种基于CNN的NIDS。该模型结合了合成少数过采样技术（SMOTE）和基于高斯混合模型（GMM）的欠采样聚类。然后，设计了一个基于流的入侵检测模型SGM-CNN，该模型将不平衡类处理与卷积神经网络相结合。数据集采用的是UNSW-NB15和CICIDS2017。

深度学习算法-AE

自编码器（Autoencoder ）：AE是一种无监督学习的神经网络架构，AE通过学习使得输出尽量接近输入，即最小化输入和输出之间的重构误差。

堆叠自编码器（SAE）：SAE通过无监督分层学习算法将n个自编码器堆叠到n个隐藏层中，然后通过监督方法进行微调。

Liu等人提出了一种SAE与dropout相结合的多故障齿轮箱的故障诊断深度学习方法。SAEs结合dropout模型进行训练从振动信号的频谱中提取的权重矩阵。Dropout模型在这里是为了防止过拟合。

深度学习算法-DBN

深度信念网络（Deep Belief Network ）：DBN是一种由多层受限玻尔兹曼机（Restricted Boltzmann Machines，RBMs）堆叠而成的深度学习模型。DBN最初由Hinton等人在2006年提出，主要用于无监督特征学习。

Zhang等人提出了一种结合流计算和深度学习的网络攻击检测方法。该方法由两部分组成：基于流计算和频繁模式的实时检测算法和基于深度信念网络和支持向量机（DBN-SVM）的分类算法。数据集采用的是CICIDS2017。

通过DBN中具有多个隐藏层的神经网络的逐层特征变换，对大量高维和非线性的未标记原始数据进行特征降维，从而得到原始数据的最佳低维表示，从而显著降低了数据的维数，即在去除冗余特征的同时保留了数据的关键重要特征，如右图所示。

深度学习算法-RNN

循环神经网络（Recurrent Neural Network）是一种适合于处理序列数据的算法。RNN的工作原理通常包括四步骤：输入、隐藏状态、输出、循环连接。经典RNN在实际应用中难以捕捉长期依赖关系，因为随着步数的增长，最开始的重要参数可能被消失，因此RNN也有一些改进架构，如长短记忆网络（LSTM）。

Le等人提出了一种基于CNN和RNN的恶意软件分类方法。在CNN卷积层之上应用LSTM，然后将循环层的输出馈送到输出层，将输入分类为九个恶意软件类别之一。采用这种方法的基本原理是，由于二进制文件中不同代码之间存在依赖关系，因此CNN层之上的循环层将有助于在将整个文件的内容馈送到输出层之前将其总结为一个特征向量。采用的数据集是Microsoft Malware Classification Challenge (BIG, 2015) 。

深度学习算法-GAN

生成对抗网络（ Generative Adversal Network ）：GAN是一种由两个神经网络组成的深度学习模型架构，分别称为生成器和判别器。GAN的核心思想是通过两个网络的对抗训练，使得生成器可以生成越来越真实的数据，直到难以与真实数据区分。

Hyrum等人利用GAN的概念构建了一个恶意域名生成算法，该恶意域名生成算法旨在有意绕过检测器。从GAN生成的域绕过GAN的检测器，也绕过了利用手工制作的特征的随机森林分类器。通过用这些对抗性示例来增强训练集，随机森林分类器能够以更高的效率检测训练中没有看到的域名生成算法恶意软件家族。在对抗训练中，只训练阴影层：生成模型的生成器层和判别模型的逻辑回归层。

本次组会介绍小论文研究基于声誉的多智能体系统可信评估框架和弹性防御方法的研究进展

科研背景

基于LLM的协作互动多智能体系统的潜在威胁
•单个智能体的错误或误导性信息可以迅速传播给其他智能体，导致整个系统做出错误的决策或行为。

科研问题

由于内部错误或外部攻击，部分智能体的行为可能对基于大语言模型的多智能体系统的效率和安全性产生显著影响。因此，如何有效评估整个智能体的可信度，并缓解系统错误的决策或行为，是亟需解决的问题。

科研目的

提出一种基于声誉的多智能体系统的可信评估框架，根据智能体的行为与认知，自动化的、可量化的评估智能体的可信度；设计弹性扰动的防御策略实现保持智能体性能的同时缓解其安全风险。

研究方法

使用主观逻辑量化方法，评估智能体的行为和认识，得到智能体的声誉值，根据声誉值高低提供自适应的系统提示扰动，缓解对多智能体系统的越狱攻击或特征攻击。

实验结果

科研背景

随着分布式能源 (Distributed Energy Resource,DER) 单元的不断接入,传统配电网的单向电力传输方式正逐渐向主动配电网的双向电力传输方式转变,这种转变对配电网的感知、控制和协调能力提出了更高的要求。
单个DER额定容量很少，但是其渗透性在不断提高。为减小风电和太阳能光伏等DER单元间隙性发电对用户侧电能质量的影响,配电网给众多馈线支路安装大量的智能电子设备 (IED)和远程终端单元(RTU) 对DER运行状况进行实时监测感知。一旦攻击者入侵至配电网通信网络,并利用恶意漏洞控制DER 单元,可能造成发电节点失效和大规模停电事件,产生不可估量的经济损失,甚至对人员造成伤亡.

科研问题

1.基于模型的检测方法,易被攻击者识破：基于模型的被动式方法十分依赖于准确的模型知识如配电网网络拓扑和线路参数等。一旦攻击者了解了防护方法的工作原理,且得到了这些静态信息,将极有可能使得基于模型的被动式方法失效

2.基于数据的检测方法,忽略了电气系统的物理拓扑结构。电力系统的不规则拓扑结构已被建模为图形，每个网格总线和分支分别直观地抽象为顶点（节点）和边。而在数据驱动的检测方法中，往往忽略这种拓扑结构，利用这种利用电网的底层图结构来提高检测性能是可行的。

科研目的

1.根据DERs系统物理结构信息，我们提出一个图表示学习方法，这种方法能够捕获新的结构状态信息，从而提高检测效率。
2.根据物理—信息这种复杂动态系统，采用马尔可夫决策流程 （MDP） 来有效地对网络攻击行为进行建模，并通过与从少量观察到的数据中得出的最佳奖励，自主探索内在的攻击意图，提高检测效果。

科研背景

图神经网络（GNNs）在各种基于图的机器学习任务（如节点分类、链接预测和图分类）中对关系数据的学习已经取得了最先进的性能。由于其优越的性能，GNNs现在广泛地被推荐系统、药物发现和医疗诊断等多种应用所采用。但它们并不能直接适用于具有局部分布图的现实世界系统，在这些系统中，来自不同来源的图不会在参与者之间共享，这导致了训练GNNs的联邦学习。

科研问题

科研目的

科研内容

研究背景

机械故障诊断在现代工业中具有极其重要的地位和作用，它被广泛应用于各种领域，包括人造卫星、风力涡轮机和机械工程等。旋转机械作为工业设备的核心组成部分，其可靠性直接影响着能源消耗、维护成本和人类安全。

然而，旋转机械经常在恶劣的工作环境下运转，从而增加了机械故障的发生率，给企业带来了巨大的经济损失。因此，研究机械故障诊断技术具有极其重要的社会和经济意义。

从实际机械设备获取故障数据非常艰难，带标签的故障数据更是珍贵，利用已有故障数据进行外延性故障诊断分析势在必行。

研究问题

1旋转机械故障迁移诊断模型特征表达能力不足，诊断精度较低

2 现有的机械智能故障诊断方法通常假设训练和测试数据的分布一致，并且需要大量标注数据。然而，在不同工况下，数据分布会发生变化，同时获取足够的标签数据往往成本高且耗时长。

3 无监督多源域自适应近年来得到了深入研究，它为在目标数据集上没有标记的情况下处理故障诊断任务提供了一种很有前途的方法。大多数方法旨在学习共同特征空间中所有域的域不变特征。然而，处理涉及多源域之间相对较大偏移的情况具有挑战性。

研究目的

1 提出一种基于多视角卷积神经网络特征融合的机械故障迁移诊断方法，该方法可以增强卷积神经网络的特征表达能力，提高故障迁移诊断精度。

2 提出一种基于多表示混合卷积神经网络的无监督机械故障诊断方法，该方法可以提高单源域的故障迁移准确率，解决跨工况故障诊断问题。

3 提出一种基于全阈值残差网络的多源域自适应机械故障诊断方法，它能在特定的域特征空间中学习源域和目标域的特定域不变特征，该方法可以提高多源域的故障迁移准确率，进一步解决无监督跨工况故障诊断问题。

研究内容

研究计划

10.17-10.31 设计度量函数

11.01-11.14 完善仿真

11.15-11.22 完善论文（100%完成）