Andersons Blickwinkel
‘Kreatives’ Gesichtsverifizierung mit Generativen Adversarial-Netzwerken

Ein neues Papier der Stanford-UniversitÃĪt hat eine neue Methode vorgeschlagen, um Gesichtsauthentifizierungssysteme auf Plattformen wie Dating-Apps zu tÃĪuschen, indem ein Generatives Adversarial-Netzwerk (GAN) verwendet wird, um alternative Gesichtsbilder zu erstellen, die die gleichen wesentlichen ID-Informationen wie ein echtes Gesicht enthalten.
Die Methode hat die Gesichtsverifizierungsprozesse in den Dating-Apps Tinder und Bumble erfolgreich umgangen, in einem Fall sogar ein geschlechtsspezifisches (mÃĪnnliches) Gesicht als authentisch fÞr die QuellenidentitÃĪt (weibliche) IdentitÃĪt ausgewiesen.

Verschiedene generierte IdentitÃĪten, die die spezifische Kodierung des Autors des Papiers (in der ersten Abbildung oben) enthalten. Quelle: https://arxiv.org/pdf/2203.15068.pdf
Laut dem Autor stellt die Arbeit den ersten Versuch dar, Gesichtsverifizierung mit generierten Bildern zu umgehen, die mit spezifischen IdentitÃĪtsmerkmalen ausgestattet sind, aber eine alternative oder wesentlich verÃĪnderte IdentitÃĪt darstellen sollen.
Die Technik wurde auf einem benutzerdefinierten lokalen Gesichtsverifizierungssystem getestet und hat sich in Black-Box-Tests gegen zwei Dating-Apps, die Gesichtsverifizierung auf benutzerhochgeladenen Bildern durchfÞhren, bewÃĪhrt.
Das neue Papier trÃĪgt den Titel Gesichtsverifizierungsumgehung und stammt von Sanjana Sarda, einer Forscherin am Department of Electrical Engineering der Stanford-UniversitÃĪt.
Steuerung des Gesichtsraums
Obwohl das âEinfÞgenâ von ID-spezifischen Merkmalen (z. B. von Gesichtern, Verkehrsschildern usw.) in bearbeitete Bilder ein Standardverfahren bei adversarialen Angriffen ist, legt die neue Studie etwas anderes nahe: dass die wachsende FÃĪhigkeit des Forschungssektors, den latenten Raum von GANs zu kontrollieren, letztendlich die Entwicklung von Architekturen ermÃķglichen wird, die konsistente alternative IdentitÃĪten zu denen eines Benutzers erstellen kÃķnnen â und damit effektiv die Extraktion von IdentitÃĪtsmerkmalen aus im Internet verfÞgbaren Bildern eines unbefangenen Benutzers ermÃķglichen, um sie in eine âSchattenâ-IdentitÃĪt zu integrieren.
Konsistenz und Navigierbarkeit haben seit der EinfÞhrung von Generativen Adversarial-Netzwerken die primÃĪren Herausforderungen im Zusammenhang mit dem latenten Raum von GANs dargestellt. Ein GAN, das erfolgreich eine Sammlung von Trainingsbildern in seinen latenten Raum integriert hat, bietet keine einfache Karte, um Merkmale von einer Klasse in eine andere zu âschiebenâ.
WÃĪhrend Techniken und Werkzeuge wie Gradient-weighted Class Activation Mapping (Grad-CAM) helfen kÃķnnen, latente Richtungen zwischen den etablierten Klassen zu etablieren und Transformationen zu ermÃķglichen (siehe Bild unten), stellt die weitere Herausforderung der Verflechtung in der Regel eine âapproximativeâ Reise dar, mit begrenzter Feinsteuerung der ÃbergÃĪnge.

Eine raue Reise zwischen kodierten Vektoren im latenten Raum eines GAN, bei der eine datenbasierte mÃĪnnliche IdentitÃĪt in die âweiblichenâ Kodierungen auf der anderen Seite einer der vielen linearen HyperflÃĪchen im komplexen und arkischen latenten Raum geschoben wird. Bildmaterial von https://www.youtube.com/watch?v=dCKbRCUyop8
Die FÃĪhigkeit, ID-spezifische Merkmale âeinzufrierenâ und zu schÞtzen, wÃĪhrend sie in transformative Kodierungen an anderen Stellen im latenten Raum bewegt werden, macht es mÃķglicherweise mÃķglich, eine konsistente (und sogar animierbare) Person zu erstellen, deren IdentitÃĪt von Maschinensystemen als jemand anderes gelesen wird.
Methode
Der Autor verwendete zwei DatensÃĪtze als Grundlage fÞr die Experimente: einen Datensatz mit 310 Bildern seines Gesichts, das Þber einen Zeitraum von vier Jahren aufgenommen wurde, mit variierender Beleuchtung, Alter und Blickwinkeln), mit ausgeschnittenen Gesichtern, die Þber Caffe extrahiert wurden; und den rassisch ausgewogenen Datensatz mit 108.501 Bildern, der ÃĪhnlich extrahiert und ausgeschnitten wurde.
Das lokale Gesichtsverifizierungsmodell wurde von einer Basisimplementierung von FaceNet und DeepFace abgeleitet, das auf ConvNet Inception vor trainiert wurde, wobei jedes Bild durch einen 128-dimensionalen Vektor dargestellt wurde.
Der Ansatz verwendet Gesichtsbilder aus einem trainierten Teil des FairFace-Datensatzes. Um die Gesichtsverifizierung zu bestehen, wird der berechnete Abstand, der durch den Frobenius-Norm eines Bildes verursacht wird, gegen die Zielbenutzerin in der Datenbank angepasst. Jedes Bild unter der Schwelle von 0,7 entspricht der gleichen IdentitÃĪt, andernfalls gilt die Verifizierung als fehlgeschlagen.
Ein StyleGAN-Modell wurde auf dem persÃķnlichen Datensatz des Autors feinjustiert, wodurch ein Modell entstand, das erkennbare Variationen seiner IdentitÃĪt erzeugen konnte, obwohl keines der generierten Bilder identisch mit den Trainingsdaten war. Dies wurde erreicht, indem die ersten vier Schichten im Diskriminator eingefroren wurden, um eine Ãberanpassung der Daten zu vermeiden und variierte Ausgaben zu erzeugen.
Obwohl mit dem Basis-StyleGAN-Modell diverse Bilder erhalten wurden, fÞhrte die geringe AuflÃķsung und FidelitÃĪt zu einem zweiten Versuch mit StarGAN V2, der das Training von Seed-Bildern auf ein Zielgesicht ermÃķglicht.
Das StarGAN-V2-Modell wurde Þber etwa 10 Stunden mit dem FairFace-Validierungsset, einem Batch-GrÃķÃe von vier und einer ValidierungsgrÃķÃe von 8, vor trainiert. Im erfolgreichsten Ansatz wurde der persÃķnliche Datensatz des Autors als Quelle mit Trainingsdaten als Referenz verwendet.
Verifizierungsexperimente
Ein Gesichtsverifizierungsmodell wurde auf der Grundlage eines Teils von 1000 Bildern konstruiert, mit dem Ziel, ein willkÞrliches Bild aus dem Satz zu verifizieren. Bilder, die die Verifizierung erfolgreich bestanden, wurden anschlieÃend gegen die eigene ID des Autors getestet.

Links, der Autor des Papiers, ein echtes Foto; Mitte, ein willkÞrliches Bild, das die Verifizierung nicht bestanden hat; rechts, ein unabhÃĪngiges Bild aus dem Datensatz, das als Autor verifiziert wurde.
Das Ziel der Experimente bestand darin, eine mÃķglichst groÃe LÞcke zwischen der wahrgenommenen visuellen IdentitÃĪt und den definierenden Merkmalen der ZielidentitÃĪt zu schaffen. Dies wurde mit der Mahalanobis-Distanz bewertet, einem MaÃ, das in der Bildverarbeitung fÞr Muster- und VorlagenSuche verwendet wird.
FÞr das Basis-Generierungsmodell zeigen die Ergebnisse mit niedriger AuflÃķsung begrenzte Vielfalt, obwohl sie die lokale Gesichtsverifizierung bestanden. StarGAN V2 erwies sich als besser geeignet, um diverse Bilder zu erstellen, die authentifiziert werden konnten.

Alle abgebildeten Bilder haben die lokale Gesichtsverifizierung bestanden. Oben sind die Bildgenerierungen mit niedriger AuflÃķsung des StyleGAN-Basismodells, unten die hÃķher auflÃķsenden und qualitativ besseren Generierungen von StarGAN V2.
Die endgÞltigen drei Bilder, die oben abgebildet sind, verwendeten den persÃķnlichen Datensatz des Autors als Quelle und Referenz, wÃĪhrend die vorherigen Bilder Trainingsdaten als Referenz und den Datensatz des Autors als Quelle verwendeten.
Die resultierenden generierten Bilder wurden gegen die Gesichtsverifizierungssysteme der Dating-Apps Bumble und Tinder getestet, wobei die IdentitÃĪt des Autors als Basis diente, und bestanden die Verifizierung. Eine âmÃĪnnlicheâ Generation des Gesichts des Autors bestand auch die Verifizierung von Bumble, obwohl die Beleuchtung im generierten Bild vor der Annahme angepasst werden musste. Tinder akzeptierte die mÃĪnnliche Version nicht.

MÃĪnnliche Versionen der (weiblichen) IdentitÃĪt des Autors.
Schlussfolgerung
Diese sind seminale Experimente in der IdentitÃĪtsprojektion im Kontext der Manipulation des latenten Raums von GANs, was eine auÃergewÃķhnliche Herausforderung in der Bildsynthese und der Deepfake-Forschung darstellt. Dennoch erÃķffnet die Arbeit das Konzept, hochspezifische Merkmale konsistent Þber diverse IdentitÃĪten zu integrieren und âalternativeâ IdentitÃĪten zu erstellen, die als jemand anderes âgelesenâ werden.
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ErstverÃķffentlicht am 30. MÃĪrz 2022.












