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MOBA:针对基于激光雷达的3D物体检测系统进行材料导向的后门攻击

MOBA: A Material-Oriented Backdoor Attack against LiDAR-based 3D Object Detection Systems

Saket S. Chaturvedi, Gaurav Bagwe, Lan Zhang, Pan He, Xiaoyong Yuan

arXiv
2025年11月13日

基于激光雷达的3D物体检测广泛应用于安全关键型系统。 然而,这些系统仍然容易受到后门攻击,这些攻击在训练期间嵌入了隐藏的恶意行为。 现有后门攻击的一个关键限制是它们缺乏物理可实现性,主要是由于数字到物理域的差距。 数字触发器在现实世界中经常失败,因为它们忽略了依赖材料的激光雷达反射属性。 另一方面,物理构造的触发器通常不优化,导致低效或易于检测。 本文介绍了面向材料的后门攻击(MOBA),这是一个新颖的框架,通过明确建模现实世界触发器的材料特性来弥合数字物理差距。 MOBA解决了物理后门设计中的两个关键挑战:1)触发材料在不同环境条件下的坚固性,2)物理触发器的行为与其数字模拟之间的对齐。 首先,我们提出了选择稳健触发材料的系统方法,确定二氧化钛(TiO_2)具有高漫射反射率和环境弹性。 其次,为了确保数字触发器准确地模仿基于材料的触发器的物理行为,我们开发了一种新颖的模拟管道,具有以下特征:(1)与Oren-Nayar BRDF模型的角度无关近似,以产生逼真的LiDAR强度,(2)具有距离感知的缩放机制,以保持不同深度的空间一致性。 我们对最先进的基于激光雷达和Camera-LiDAR的融合模型进行了广泛的实验,表明MOBA实现了93.50%的攻击成功率,优于先前的方法超过41%。 我们的工作揭示了一类新的物理可实现的威胁,并强调了对防御的迫切需要,这些防御在现实环境中考虑到物质级属性。

LiDAR-based 3D object detection is widely used in safety-critical systems. However, these systems remain vulnerable to backdoor attacks that embed hidden malicious behaviors during training. A key limitation of existing backdoor attacks is their lack of physical realizability, primarily due to the digital-to-physical domain gap. Digital triggers often fail in real-world settings because they overlook material-dependent LiDAR reflection properties. On the other hand, physically constructed trigge...