Adversarial Prompt Tuning for Vision-Language Models

1. 研究背景： 随着多模态学习技术的快速发展，预训练的视觉-语言模型（Vision-Language Models, VLMs）如CLIP在连接视觉和语言模态方面展现出了显著的能力。然而，这些模型在图像模态上容易受到对抗性攻击的影响，这带来了安全风险。对抗性攻击是指通过在输入中引入精心设计的扰动，使得模型产生错误的预测结果。

1. 过去方案和缺点： 传统的对抗性训练方法通过迭代生成对抗性示例并更新模型参数来提高模型的鲁棒性，但这种方法计算成本高昂，不适合大规模的VLMs。此外，基于输入预处理的技术，如基于扩散的净化方法，虽然在提高VLMs的对抗性鲁棒性方面取得了一定的成效，但效果有限。

1. 本文方案和步骤： 本文提出了一种名为Adversarial Prompt Tuning (AdvPT)的新技术，通过优化可学习的文本提示（prompts）来增强VLMs中图像编码器的对抗性鲁棒性。AdvPT的关键步骤包括：

   • 生成对抗性图像并将它们编码为对抗性图像嵌入，存储在对抗性嵌入库中。

   • 使用对抗性嵌入库来通过文本提示调整来增强对抗性鲁棒性，即通过提示调整使干净的文本嵌入与对抗性图像嵌入对齐。

   • 通过文本编码器的梯度反向传播来优化可学习的向量，同时保留预训练参数。

2. 本文创新点与贡献：

   • 提出了AdvPT方法，通过文本提示的调整来增强VLMs对对抗性示例的鲁棒性。

   • 在多个图像数据集上展示了AdvPT的有效性，证明其优于原始CLIP模型，并且可以与现有的图像处理防御技术结合使用，进一步提升鲁棒性。

   • 对AdvPT的工作机制、泛化-鲁棒性权衡、学习向量的适应性以及它们的语言含义进行了深入分析。

3. 本文实验和性能：

   • 在8个高分辨率视觉数据集上进行了广泛的实验，包括Pets、Flowers、ImageNet等。

   • 与原始CLIP模型相比，AdvPT在白盒和黑盒对抗性攻击下都显示出显著的性能提升。

   • AdvPT在不同数据集上的泛化能力也得到了验证，表明其在域转移场景下的有效性。

4. 结论： AdvPT为提高VLMs的对抗性鲁棒性提供了一种新的研究方向，无需对模型架构进行大量修改或重新训练。尽管AdvPT在某些情况下可能会牺牲一些泛化能力，但这种权衡在大规模模型中是可以接受的。未来的研究可以探索AdvPT在更广泛的任务和设置中的适用性。

阅读总结报告： 本文针对视觉-语言模型在对抗性攻击下的脆弱性问题，提出了一种名为Adversarial Prompt Tuning（AdvPT）的新方法。AdvPT通过优化可学习的文本提示来增强图像编码器的鲁棒性，而无需对模型架构进行修改或进行大规模的参数训练。实验结果表明，AdvPT在多个数据集上对抗性攻击的防御能力上优于原始CLIP模型，并且可以与现有的图像处理防御技术相结合，进一步提升模型的鲁棒性。此外，AdvPT在域转移场景下也显示出良好的性能。尽管存在一些局限性，如对抗性攻击类型的限制和任务范围的限定，但AdvPT为提高AI系统的安全性和可靠性提供了一个有前景的方向。未来的研究可以探索AdvPT在更广泛的应用场景中的潜力。