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http://hdl.handle.net/11422/26318
| Type: | Tese |
| Title: | Resilient and secure deep learning-oriented microarchitectures |
| Author(s)/Inventor(s): | Goldstein, Brunno Figueirôa |
| Advisor: | França, Felipe Maia Galvão |
| Co-advisor: | Kundu, Sandip |
| Co-advisor: | Nery, Alexandre Solon |
| Abstract: | Redes Neurais Profundas (RNP) emergiram como uma importante solução para problemas complexos de diversas áreas, tais como visão computacional, processamento de linguagem natural e sistemas de recomendação. Um sistema ideal baseado em RNP deveria, de forma precisa, realizar predições e classificações utilizando-se de entradas quaisquer mas sem interferência do ambiente externo. Contudo, os sistemas baseados em RNP são suscetíveis a falhas devido às questões de confiabilidade e segurança. Esta tese se propõe avaliar diversos modelos RPN em condições adversas, como falhas do tipo bit-flip devido a fenômenos transitórios ou permanentes. Esta tese também propõe uma técnica de detecção de falhas baseada em codificação AN, focada em aceleradores de RNPs, empregados em sistemas críticos de segurança. Devido aos altos padrões exigidos, microarquiteturas empregadas em tais sistemas devem ser capazes de detectar mais de 99% de falhas em seu sistema. Além da alta robustez proporcionada pela detecção baseada em codificação AN, a solução possui implementação não custosa, principalmente quando aplicado em conjunto com a solução inovadora de quantização baseada em códigos AN. Em questões de segurança, os métodos de ofuscação de RNPs baseados em treinamento proporcionam uma excelente proteção aos dados sensíveis, como os pesos. Contudo, tais técnicas possuem falhas nas quais informações importantes são vazadas, como a distribuição das classes resultante das classificações. Além disso, soluções de ofuscação têm de ser escaláveis, a fim de proteger todo o portfólio dos provedores de modelos. A técnica de ofuscação baseada em trocas provê uma solução robusta, segura e escalável para a proteção dos pesos das RNPs, evitando assim o acesso illegal aos dados |
| Abstract: | Deep neural networks (DNNs) have emerged as crucial methods for solving complex problems in various domains, including computer vision, natural language processing, and recommendation systems. An ideal DNN-based system should accurately make predictions or classifications based on some input data with no interference from the external environment. However, DNN-based systems are susceptible to failures due to reliability and security issues. This thesis evaluates many compressed DNN models under faulty conditions like bit-flips due to transient or permanent faults. Then, an AN-based detection scheme targeting DNN accelerators deployed into safety-critical systems is proposed. Due to the high compliance standards, microarchitectures employed in this type of system must provide a detection capability of 99% of faults. Also, the AN-based detection offers a lightweight solution, particularly when incorporated with the novel AN code-aware quantization technique proposed in this thesis. Training-based obfuscation techniques have been successfully employed to protect DNN models from illegal access to sensitive data, such as the parameters. However, crucial information such as the output class distribution can be leaked to attackers, indicating that the target model has been compromised. Additionally, an obfuscation scheme must provide a scalable way to protect the model providers’ portfolios. The novel swap-based obfuscation scheme provides a robust obfuscation of the DNN model parameters through a scalable and secure solution, avoiding any illegal access and use of the model by non-authorized entities |
| Keywords: | Redes neurais (Ciência da computação) Segurança de sistemas Proteção de dados Falhas de sistemas de computação Redes Neurais Profundas (RNP) |
| Subject CNPq: | CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::CIENCIA DA COMPUTACAO::SISTEMAS DE COMPUTACAO::ARQUITETURA DE SISTEMAS DE COMPUTACAO |
| Program: | Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Sistemas e Computação |
| Production unit: | Instituto Alberto Luiz Coimbra de Pós-Graduação e Pesquisa de Engenharia |
| Publisher: | Universidade Federal do Rio de Janeiro |
| Issue Date: | Jun-2022 |
| Publisher country: | Brasil |
| Language: | eng |
| Right access: | Acesso Aberto |
| Citation: | GOLDSTEIN, Brunno Figueirôa. Resilient and secure deep learning-oriented microarchitectures. 2022. 262 f. Tese (Doutorado) - Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Sistemas e Computação, COPPE, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2022. |
| Appears in Collections: | Engenharia de Sistemas e Computação |
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