#sponge-attack

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👥 作者: Spyridon Raptis, Haralampos-G. Stratigopoulos

这篇论文研究脉冲神经网络(SNN)在推理阶段面临的能耗安全威胁。SNN 通过稀疏的二值尖峰事件传递信息,相比传统人工神经网络在神经形态硬件上可实现极低能耗,因此常被用于持续运行、电池供电的边缘设备。然而,这种效率优势也带来新的攻击面:海绵攻击(sponge attack)可以通过精心构造的输入增加推理时的尖峰活动和突触计算量(SynOps),从而大幅提高能耗,同时由于模型输出类别未改变,基于正确性的监控难以察觉。以往对 SNN 的输入空间效率攻击主要针对逐样本优化,且多基于频率编码。本文将其扩展到原生事件驱动的二值输入,提出两种攻击模型:一是逐样本海绵攻击,通过梯度优化为每个输入定制对抗性尖峰序列,在 NMNIST、SHD 和 IBM DVS Gesture 三个数据集上,将三个 SNN 模型的每次推理 SynOps 提升 1.5-2.6 倍,同时至少 98% 的样本保持预测类别不变;二是首次提出针对原生事件驱动 SNN 输入的通用海绵攻击,即离线计算一个固定的二值扰动,通过 XOR 叠加到所有后续输入上。虽然通用攻击效果较弱(SynOps 提升 1.09-1.24 倍),但它无需逐输入优化,实际部署威胁更大。将 SynOps 增加映射到 Loihi-1 神经形态芯片的能耗估算,单次推理能量开销增加 14 μJ 到 13.24 mJ。实验表明,原生事件驱动 SNN 确实容易受到输入空间效率攻击,且可复用的通用扰动会持续累积能耗,对持续部署的边缘系统造成实质性电池消耗问题。

💡 推荐理由: SNN 广泛应用于低功耗边缘设备,本文揭示的攻击可悄然增加推理能耗,缩短电池寿命,且不改变模型输出,隐蔽性强。安全从业者需关注这类‘能量拒绝服务’(energy DoS)风险,在部署 SNN 时考虑能耗监控与防护。

🎯 建议动作: 研究跟进

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