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Enregistrement W4284884156 · doi:10.2196/38440

Exploiting Missing Value Patterns for a Backdoor Attack on Machine Learning Models of Electronic Health Records: Development and Validation Study

2022· article· en· W4284884156 sur OpenAlexvenueno aff
Byunggill Joe, Yong-Hyeon Park, Jihun Hamm, Insik Shin, Jiyeon Lee

Notice bibliographique

RevueJMIR Medical Informatics · 2022
Typearticle
Langueen
DomaineComputer Science
ThématiqueAdversarial Robustness in Machine Learning
Établissements canadiensnon disponible
Organismes subventionnairesnon disponible
Mots-clésBackdoorComputer scienceMachine learningArtificial intelligenceData miningComputer security

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

BACKGROUND: A backdoor attack controls the output of a machine learning model in 2 stages. First, the attacker poisons the training data set, introducing a back door into the victim's trained model. Second, during test time, the attacker adds an imperceptible pattern called a trigger to the input values, which forces the victim's model to output the attacker's intended values instead of true predictions or decisions. While backdoor attacks pose a serious threat to the reliability of machine learning-based medical diagnostics, existing backdoor attacks that directly change the input values are detectable relatively easily. OBJECTIVE: The goal of this study was to propose and study a robust backdoor attack on mortality-prediction machine learning models that use electronic health records. We showed that our backdoor attack grants attackers full control over classification outcomes for safety-critical tasks such as mortality prediction, highlighting the importance of undertaking safe artificial intelligence research in the medical field. METHODS: We present a trigger generation method based on missing patterns in electronic health record data. Compared to existing approaches, which introduce noise into the medical record, the proposed backdoor attack makes it simple to construct backdoor triggers without prior knowledge. To effectively avoid detection by manual inspectors, we employ variational autoencoders to learn the missing patterns in normal electronic health record data and produce trigger data that appears similar to this data. RESULTS: We experimented with the proposed backdoor attack on 4 machine learning models (linear regression, multilayer perceptron, long short-term memory, and gated recurrent units) that predict in-hospital mortality using a public electronic health record data set. The results showed that the proposed technique achieved a significant drop in the victim's discrimination performance (reducing the area under the precision-recall curve by at most 0.45), with a low poisoning rate (2%) in the training data set. In addition, the impact of the attack on general classification performance was negligible (it reduced the area under the precision-recall curve by an average of 0.01025), which makes it difficult to detect the presence of poison. CONCLUSIONS: To the best of our knowledge, this is the first study to propose a backdoor attack that uses missing information from tabular data as a trigger. Through extensive experiments, we demonstrated that our backdoor attack can inflict severe damage on medical machine learning classifiers in practice.

Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.

Comment cette classification a été obtenuedéplier

Prédiction distillée sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Apprise à partir de 10 348 étiquettes directes de Codex et de 10 348 étiquettes directes de Gemma. Le mode candidate est l'union des têtes enseignantes seuillées; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont ni des étiquettes humaines ni des étiquettes directes de modèles de pointe.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,003
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,000
Version: codex-gemma-dda1882f352aStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesaucune
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Simulation ou modélisation · Signal consensuel: aucune
GenreSignal candidat: Empirique · Signal consensuel: aucune
Score de désaccord entre enseignants0,638
Score d'incertitude au seuil0,672

Scores Codex et Gemma par catégorie

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0030,000
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0000,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0000,000
Bibliométrie0,0000,000
Études des sciences et des technologies0,0010,000
Communication savante0,0000,000
Science ouverte0,0010,001
Intégrité de la recherche0,0000,001
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0000,000

Scores machine (provisoires)

Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.

Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.

Tête enseignante Opus0,059
Tête enseignante GPT0,340
Écart entre enseignants0,280 · la distance entre les deux têtes enseignantes sur ce seul travail
Statut de validationscore_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découle

Classification

machine, non validée

Prédiction automatique; un appel candidat d’une seule tête enseignante, pas un consensus.

Les modèles n’ont appliqué aucune catégorie : rien dans la taxonomie ne correspondait à ce travail.
Devis d'étudeSimulation ou modélisation
Domainenon disponible
GenreEmpirique

Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».

En bref

Citations13
Publié2022
Routes d'admission1
Résumé présentoui

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