Detecting Data Poisoning Backdoor Attacks via Consistency Behavioural Signals

dc.contributor.authorAZZOUZ , Moncef
dc.contributor.authorBENCHABANE , Abdeldjalil
dc.contributor.authorKEFFOUS , Mouhcen
dc.contributor.authorDJEMAME , Safia Supervisor
dc.contributor.authorMAIMOUR , Moufida Supervisor
dc.date.accessioned2026-11-10T13:39:00Z
dc.date.issued2026
dc.descriptionأدى الانتشار الواسع لاستخدام نماذج اللغة المُدرَّبة مسبقًا من المستودعات العمومية مثل Hugging Face إلى ظهور ثغرة حرجة ومُهمَلة إلى حدٍّ كبير في سلسلة توريد الذكاء الاصطناعي، وهي هجمات الأبواب الخلفية. يتصرف النموذج المُصاب على نحوٍ لا يمكن تمييزه عن النموذج السليم على مجموعات الاختبار القياسية، بينما يُنفِّذ سرًّا سلوكًا يحدده المهاجم كلما ظهر مُحفِّز خفي في المُدخل. وتشترك الطرائق الحالية — ولا سيما ONION وSTRIP وRAP وToken Substitution — في قيدٍ جوهري: فهي تبحث عن رموز مشبوهة في المُدخل، مما يجعلها عاجزة أمام المُحفِّزات النحوية والدلالية التي لا تترك أي كلمة شاذة. تقترح هذه المذكرة إطارًا جنائيًا للكشف في وضع الصندوق الرمادي يقوم على فرضية الاتساق السلوكي (CBH): إذ يُنتج النموذج السليم توزيعات مُخرَجات وتمثيلات كامنة متسقة للمُدخلات المتكافئة دلاليًا، بينما يُظهر النموذج المُصاب انزياحًا داخليًا واضحًا وقابلًا للقياس عند تطبيق المُحفِّز. ومن خلال تحليل أزواج من الجُمل (نظيفة ومُحفَّزة) بدلًا من المُدخلات المفردة، واستخراج سبع إشارات سلوكية متكاملة — تباعد كولباك-لايبلر، وتشابه التضمين، وانقلاب التصنيف، وفرق الثقة، وفرق الإنتروبيا، وفرق الهامش، وتباين الثقة — يكشف الإطار البصمة الجنائية للباب الخلفي بصرف النظر عن شكله الظاهري. يحقق مُصنِّف الانحدار اللوجستي، المُدرَّب على 400 زوجٍ للمعايرة والمُقيَّم على 400 زوجٍ منفصلٍ تمامًا للاختبار (بروتوكول 50/50)، متوسط درجة F1 يبلغ 0.963 عبر 30 تهيئة تجريبية تشمل 6 أنواع من الهجمات و5 مجموعات بيانات (SST-2، IMDb، AG News، DBpedia14، وWikiText-2). وفي سيناريو نشرٍ واقعي بنسبة تسميم 1٪، تحقق الطريقة معدل إيجابيات كاذبة قدره 0.000، مقابل 0.320 لـ ONION و0.290 لـ STRIP و0.180 لـ Token Substitution. الإسهامات الرئيسية: (1) أول إطار كشفٍ جنائي قائم على الأزواج وغير مرتبط بنوع الهجوم للأبواب الخلفية في معالجة اللغة الطبيعية؛ (2) أول تقييم منهجي لـ True SCPN كنوع مُحفِّز؛ (3) تقييم للكشف على مهمة نمذجة لغوية (WikiText-2 )؛ (4) بنك اختبار شامل من 30 تهيئة يتجاوز أي تقييم منشور سابق .
dc.description.abstractThe widespread adoption of pre-trained language model checkpoints from public repositories such as Hugging Face has introduced a critical and largely unaddressed vulnerability in the AI supply chain: backdoor attacks. A backdoored model behaves indistinguishably from a clean model on standard benchmarks while covertly executing an attacker-specified behaviour whenever a hidden trigger is present. Existing detection methods — notably ONION, STRIP, RAP, and Token Substitution — share a common and fundamental limitation: they scan individual inputs for suspicious tokens, making them ineffective against syntactic and semantic triggers that leave no anomalous word in the input. This thesis proposes a gray-box forensic detection framework grounded in the Consistency Behavioural Hypothesis (CBH): a clean model produces consistent output distributions and latent representations for semantically equivalent inputs, whereas a backdoored model exhibits a pronounced and measurable internal shift when a trigger is applied. By analysing pairs of (clean, triggered) sentences rather than single inputs, and by extracting seven complementary behavioural signals — KL divergence, embedding similarity, label flip, confidence delta, entropy delta, margin delta, and confidence variance — the proposed framework detects the forensic fingerprint of a backdoor regardless of its surface form. A forensic Logistic Regression classifier, trained on a 400-pair calibration set and evaluated on a strictly disjoint 400-pair test set (the 50/50 Forensic Protocol), achieves a mean F1-Score of 0.963 across 30 experimental configurations covering 6 attack types (BadNets, InsertSent, LWP, SynBkd, StyleBkd, and True SCPN) and 5 benchmark datasets (SST-2, IMDb, AG News, DBpedia14, and WikiText-2). Under a realistic deployment scenario with a 1\ method achieves a False Positive Rate of 0.000, compared to 0.320 for ONION, 0.290 for STRIP, and 0.180 for Token Substitution. The principal contributions of this thesis are: (1) the first attack-agnostic pair-based forensic detection framework for NLP backdoors; (2) the first systematic evaluation on True SCPN (T5-based semantic paraphrasing) as a trigger type; (3) a backdoor detection evaluation on a language modelling task (WikiText-2); and (4) a comprehensive 30-configuration benchmark that surpasses the coverage of any single prior published evaluation.
dc.description.sponsorshipL'adoption massive de modèles de langage pré-entraînés issus de dépôts publics tels que Hugging Face a introduit une vulnérabilité critique et largement négligée dans la chaîne d'approvisionnement de l'IA : les attaques par porte dérobée (backdoor). Un modèle compromis se comporte de manière indiscernable d'un modèle sain sur les jeux de test standards, tout en exécutant secrètement un comportement choisi par l'attaquant dès qu'un déclencheur caché est présent. Les méthodes existantes — notamment ONION, STRIP, RAP et Token Substitution — partagent une limite fondamentale : elles recherchent des tokens suspects dans l'entrée, ce qui les rend inefficaces face aux déclencheurs syntaxiques et sémantiques ne laissant aucun mot anormal. Cette thèse propose un cadre de détection forensique en mode gris (gray-box) fondé sur l'Hypothèse de Cohérence Comportementale (CBH) : un modèle sain produit des distributions de sortie et des représentations latentes cohérentes pour des entrées sémantiquement équivalentes, tandis qu'un modèle compromis présente un décalage interne prononcé et mesurable lorsqu'un déclencheur est appliqué. En analysant des paires (phrase propre, phrase déclenchée) plutôt que des entrées isolées, et en extrayant sept signaux comportementaux complémentaires — divergence KL, similarité d'embedding, changement d'étiquette, delta de confiance, delta d'entropie, delta de marge et variance de confiance — le cadre détecte l'empreinte forensique d'une porte dérobée quelle que soit sa forme. Un classifieur de régression logistique, entraîné sur 400 paires de calibration et évalué sur 400 paires de test strictement disjointes (protocole forensique 50/50), atteint un score F1 moyen de 0,963 sur 30 configurations couvrant 6 types d'attaques (BadNets, InsertSent, LWP, SynBkd, StyleBkd et True SCPN) et 5 jeux de données (SST-2, IMDb, AG News, DBpedia14 et WikiText-2). Sous un taux d'empoisonnement réaliste de 1 \ un taux de faux positifs de 0,000, contre 0,320 pour ONION, 0,290 pour STRIP et 0,180 pour Token Substitution. Les contributions principales sont : (1) le premier cadre de détection forensique par paires, agnostique à l'attaque, pour les portes dérobées en TALN ; (2) la première évaluation systématique de True SCPN (paraphrase sémantique basée sur T5) comme type de déclencheur ; (3) une évaluation de détection sur une tâche de modélisation du langage (WikiText-2) ; (4) un banc d'essai complet de 30 configurations dépassant toute évaluation antérieure.
dc.identifier.otherMAI/1115
dc.identifier.urihttps://repository.univ-setif.dz/handle/123456789/4053
dc.language.isoen
dc.publisherUnuversity Setif 1 Ferhat Abbas . Faculty of Sciences
dc.subjectBackdoor attacks
dc.subjectNLP security
dc.subjectBehavioural consistency
dc.subjectForensic detection
dc.subjectAdversarial robustness.
dc.titleDetecting Data Poisoning Backdoor Attacks via Consistency Behavioural Signals
dc.typeThesis

Files

Original bundle

Now showing 1 - 1 of 1
Loading...
Thumbnail Image
Name:
MAI1115.pdf
Size:
3.36 MB
Format:
Adobe Portable Document Format

License bundle

Now showing 1 - 1 of 1
Loading...
Thumbnail Image
Name:
license.txt
Size:
1.71 KB
Format:
Item-specific license agreed to upon submission
Description: