如何確保人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)項(xiàng)目的安全性

作者：Maria Korolov 2020-09-23 10:21:32

人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)在帶來好處的同時也帶來了新的漏洞。本文敘述了幾家公司將風(fēng)險降至很低的方法。

當(dāng)企業(yè)采用新技術(shù)時，安全性往往被放在次要位置，以最低的成本盡快將新產(chǎn)品或服務(wù)提供給客戶似乎更為重要。

人工智能(AI)和機(jī)器學(xué)習(xí)(ML)提供了與早期技術(shù)進(jìn)步相同的漏洞和錯誤配置的機(jī)會，而且還有其特有的風(fēng)險。隨著企業(yè)開始進(jìn)行以人工智能驅(qū)動的數(shù)字化轉(zhuǎn)型，這些風(fēng)險可能會變得更大。博思艾倫漢密爾頓公司(Booz Allen Hamilton)的首席科學(xué)家愛德華•拉夫(Edward Raff)表示：“不要倉促地進(jìn)入這個領(lǐng)域。”

與其他技術(shù)相比，人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)需要更多的數(shù)據(jù)，也需要更復(fù)雜的數(shù)據(jù)。數(shù)學(xué)家和數(shù)據(jù)科學(xué)家開發(fā)的算法來自研究項(xiàng)目。拉夫表示，在科學(xué)界，直到最近才開始認(rèn)識到人工智能存在安全問題。

云平臺通常要處理大量的工作負(fù)載，從而增加了另一個級別的復(fù)雜性和脆弱性。毫不奇怪，網(wǎng)絡(luò)安全是人工智能采用者最令人擔(dān)憂的風(fēng)險。德勤上月公布的一項(xiàng)調(diào)查顯示，62%的采納者認(rèn)為網(wǎng)絡(luò)安全風(fēng)險是主要的擔(dān)憂，但只有39%的人表示他們準(zhǔn)備應(yīng)對這些風(fēng)險。

讓問題變得更加復(fù)雜的是，網(wǎng)絡(luò)安全是人工智能使用的首要功能之一。德勤技術(shù)、媒體和電信中心的執(zhí)行董事杰夫•洛克斯(Jeff Loucks)表示，企業(yè)在人工智能方面的經(jīng)驗(yàn)越豐富，他們就越擔(dān)心網(wǎng)絡(luò)安全風(fēng)險。

此外，即使是經(jīng)驗(yàn)更豐富的企業(yè)，也沒有遵循基本的安全做法，例如對所有AI和ML項(xiàng)目進(jìn)行完整的審計和測試。Loucks表示，公司目前在實(shí)施這些方面做得不是很好。

AI和ML對數(shù)據(jù)的需求帶來了風(fēng)險

AI和ML系統(tǒng)需要三組數(shù)據(jù)：

訓(xùn)練數(shù)據(jù)以建立預(yù)測模型
測試數(shù)據(jù)以評估模型的運(yùn)行情況
當(dāng)模型投入使用時運(yùn)營數(shù)據(jù)

雖然實(shí)時交易或運(yùn)營數(shù)據(jù)顯然是一項(xiàng)有價值的企業(yè)資產(chǎn)，但很容易忽略也包含敏感信息的訓(xùn)練和測試數(shù)據(jù)池。

許多用于保護(hù)其他系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)的原則可以應(yīng)用于AI和ML項(xiàng)目，包括匿名化、令牌化和加密。第一步是詢問是否需要數(shù)據(jù)。在準(zhǔn)備AI和ML項(xiàng)目時，收集所有可能的數(shù)據(jù)，然后看看可以做些什么。

關(guān)注業(yè)務(wù)成果可以幫助企業(yè)將收集的數(shù)據(jù)限制在所需的范圍內(nèi)。為教育機(jī)構(gòu)分析學(xué)生數(shù)據(jù)的Othot公司的首席技術(shù)官約翰•阿巴蒂科(John Abbatico)表示，數(shù)據(jù)科學(xué)團(tuán)隊非常渴望數(shù)據(jù)，他們在處理學(xué)生數(shù)據(jù)時明確表示，高度敏感的PII(個人身份信息)不是必需的，也永遠(yuǎn)不應(yīng)該包含在提供給他們團(tuán)隊的數(shù)據(jù)中。

當(dāng)然，錯誤是會發(fā)生的。例如，客戶有時會提供敏感的個人信息，如社會保險號。這些信息不會提高模型的性能，但會帶來額外的風(fēng)險。阿巴蒂科表示，他的團(tuán)隊已經(jīng)制定了一套程序來識別PII，將其從所有系統(tǒng)中清除，并將錯誤通知客戶。

人工智能系統(tǒng)還需要情景數(shù)據(jù)，這可能會極大地擴(kuò)大公司的暴露風(fēng)險。假設(shè)一家保險公司想要更好地掌握客戶的駕駛習(xí)慣，它可以購買購物、駕駛、位置和其他數(shù)據(jù)集，這些數(shù)據(jù)集可以很容易地交叉關(guān)聯(lián)并與客戶賬戶匹配。這種新的、呈指數(shù)級增長的數(shù)據(jù)集對黑客更具吸引力，如果被攻破，對公司的聲譽(yù)也會造成更大的破壞。

人工智能的安全設(shè)計

有很多數(shù)據(jù)需要保護(hù)的一家公司是在線文件共享平臺Box。Box使用AI提取元數(shù)據(jù)，并提高搜索、分類等能力。Box的CISO拉克希米•漢斯帕爾(Lakshmi Hanspal)表示，Box可以從合同中提取條款、續(xù)訂和定價信息。Box的大多數(shù)客戶內(nèi)容分類要么是用戶定義的分類，要么是被完全忽視。他們坐在堆積如山的數(shù)據(jù)上，這些數(shù)據(jù)可能對數(shù)字化轉(zhuǎn)型有用。

漢斯帕爾說，保護(hù)數(shù)據(jù)是Box的一個重要事項(xiàng)，同樣的數(shù)據(jù)保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)也適用于人工智能系統(tǒng)，包括訓(xùn)練數(shù)據(jù)。Box建立信任并保持信任。

這意味著所有系統(tǒng)，包括新的人工智能項(xiàng)目，都是圍繞核心數(shù)據(jù)安全原則構(gòu)建的，包括加密、日志記錄、監(jiān)控、身份驗(yàn)證和訪問控制。漢斯帕爾指出，數(shù)字信任是其平臺與生俱來的，他們將其付諸于實(shí)踐。

Box對傳統(tǒng)代碼和新的AI和ML支持的系統(tǒng)都有一個安全的開發(fā)流程。漢斯帕爾說：“我們在開發(fā)安全產(chǎn)品方面與ISO的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)保持一致。設(shè)計上的安全性是內(nèi)置的，而且有制衡機(jī)制，包括滲透測試和紅色團(tuán)隊。”

數(shù)學(xué)家和數(shù)據(jù)科學(xué)家在編寫AI和ML算法代碼時通常不擔(dān)心潛在的漏洞。當(dāng)企業(yè)構(gòu)建AI系統(tǒng)時，他們會借鑒現(xiàn)有的開源算法，使用商業(yè)的“黑匣子”AI系統(tǒng)，或者從零開始構(gòu)建自己的AI系統(tǒng)。

對于開放源碼，攻擊者有可能嵌入惡意代碼，或者代碼包含漏洞或易受攻擊的依賴項(xiàng)。專有商業(yè)系統(tǒng)還使用開放源代碼，以及企業(yè)客戶通常無法查看的新代碼。

逆向攻擊是一個主要威脅

AI和ML系統(tǒng)通常是由非安全工程師創(chuàng)建的開源庫和新編寫的代碼的組合。此外，不存在用于編寫安全AI算法的標(biāo)準(zhǔn)優(yōu)秀實(shí)踐。考慮到安全專家和數(shù)據(jù)科學(xué)家的短缺，這兩方面的專家供應(yīng)更少。

AI和ML算法是比較大的潛在風(fēng)險之一，也是博思艾倫•漢密爾頓(Booz Allen Hamilton)的Raff最擔(dān)心的長期威脅之一，其有可能將訓(xùn)練數(shù)據(jù)泄露給攻擊者。他表示：“有一些逆向攻擊，可以讓人工智能模型向你提供關(guān)于它自身以及它所接受的訓(xùn)練的信息。如果它是根據(jù)PII數(shù)據(jù)進(jìn)行訓(xùn)練的，你就可以讓模型向你泄露這些信息。實(shí)際的PII可能會暴露出來。”

Raff說，這是一個被積極研究的領(lǐng)域，也是一個巨大的潛在痛點(diǎn)。有些工具可以保護(hù)訓(xùn)練數(shù)據(jù)免受逆向攻擊，但它們太昂貴了。他表示：“我們知道如何阻止這種威脅，但這樣做會使培訓(xùn)模型的成本增加100倍，這并不夸張，所以沒人會這么做。”

你不能確保你不能解釋的東西安全

另一個研究領(lǐng)域是可解釋性。今天，許多AI和ML系統(tǒng)，包括許多主要網(wǎng)絡(luò)安全供應(yīng)商提供的AI和ML支持的工具，都是“黑匣子”系統(tǒng)。YL Ventures的CISO Sounil Yu表示：“供應(yīng)商沒有在其中建立可解釋性。在安全方面，能夠解釋所發(fā)生的事情是一個基本的組成部分。如果我不能解釋為什么會發(fā)生這種情況，我怎么能補(bǔ)救呢?“。

對于構(gòu)建自己的AI或ML系統(tǒng)的公司來說，當(dāng)出現(xiàn)問題時，他們可以回到訓(xùn)練數(shù)據(jù)或使用的算法來解決問題。Yu指出，如果你是從別人那里構(gòu)建的，你根本不知道訓(xùn)練數(shù)據(jù)是什么。

需要保護(hù)的不僅僅是算法

人工智能系統(tǒng)不僅僅是一個自然語言處理引擎，或者僅僅是一個分類算法，或者僅僅是一個神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。即使這些部分是完全安全的，系統(tǒng)仍然必須與用戶和后端平臺交互。

系統(tǒng)是否使用強(qiáng)身份驗(yàn)證和最低權(quán)限原則?到后端數(shù)據(jù)庫的連接是否安全?與第三方數(shù)據(jù)源的連接情況如何?用戶界面對注入攻擊是否有彈性?

另一個與人相關(guān)的不安全感來源是人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)項(xiàng)目獨(dú)有的：數(shù)據(jù)科學(xué)家。奧托特的阿巴蒂科表示，優(yōu)秀的數(shù)據(jù)科學(xué)家對數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，得出有洞察力的模型。然而，當(dāng)涉及到數(shù)據(jù)安全時，實(shí)驗(yàn)可能會導(dǎo)致危險的行為。使用完數(shù)據(jù)后，他們可能會傾向于將數(shù)據(jù)移動到不安全的位置或刪除樣本數(shù)據(jù)集。Othot在早期就投資于獲得SOC II認(rèn)證，這些控制有助于在整個公司實(shí)施強(qiáng)有力的數(shù)據(jù)保護(hù)實(shí)踐，包括在移動或刪除數(shù)據(jù)時。

人工智能機(jī)構(gòu)Urvin AI的產(chǎn)品經(jīng)理、國際非營利性安全研究組織ISECOM的聯(lián)合創(chuàng)始人彼得•赫爾佐格(Peter Herzog)表示：“事實(shí)是，所有地方的大多數(shù)人工智能模型中較大的風(fēng)險并不在人工智能中，問題出在人身上。沒有安全問題的人工智能模型幾乎沒有，因?yàn)槿藗儧Q定如何訓(xùn)練他們，人們決定包括什么數(shù)據(jù)，人們決定他們想要預(yù)測和預(yù)測什么，以及人們決定暴露多少信息。”

另一個特定于AI和ML系統(tǒng)的安全風(fēng)險是數(shù)據(jù)中毒，即攻擊者將信息輸入系統(tǒng)，迫使系統(tǒng)做出不準(zhǔn)確的預(yù)測。例如，攻擊者可能會通過向系統(tǒng)提供具有類似惡意軟件指示器的合法軟件示例來欺騙系統(tǒng)，使其認(rèn)為惡意軟件是安全的。

拉夫說：“這是大多數(shù)企業(yè)高度關(guān)注的問題。目前，我沒有意識到任何人工智能系統(tǒng)在現(xiàn)實(shí)生活中受到攻擊。從長遠(yuǎn)來看，這是一個真正的威脅，但現(xiàn)在攻擊者用來逃避殺毒軟件的經(jīng)典工具仍然有效，所以他們不需要變得更花哨。”

避免偏差和模型漂移

當(dāng)AI和ML系統(tǒng)用于企業(yè)安全時，例如，用于用戶行為分析、監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)流量或檢查數(shù)據(jù)泄露，偏差和模型漂移可能會產(chǎn)生潛在風(fēng)險。很快過時的訓(xùn)練數(shù)據(jù)集可能會使組織變得脆弱，特別是在越來越依賴人工智能進(jìn)行防御的情況下。企業(yè)需要不斷更新模型，讓更新模型成為一件持續(xù)的事情。

在某些情況下，訓(xùn)練數(shù)據(jù)可以是自動的。例如，調(diào)整模型以適應(yīng)不斷變化的天氣模式或供應(yīng)鏈交付時間表，可以幫助使其隨著時間的推移變得更加可靠。當(dāng)信息源涉及惡意行為者時，則需要仔細(xì)管理訓(xùn)練數(shù)據(jù)集，以避免中毒和操縱。

企業(yè)已經(jīng)在處理造成道德問題的算法，例如當(dāng)面部識別或招聘平臺歧視女性或少數(shù)族裔時。當(dāng)偏見悄悄滲透到算法中時，它還可能造成合規(guī)問題，或者，在自動駕駛汽車和醫(yī)療應(yīng)用的情況下，可能會導(dǎo)致人員死亡。

就像算法可以在預(yù)測中注入偏差一樣，它們也可以用來控制偏差。例如，Othot幫助大學(xué)實(shí)現(xiàn)優(yōu)化班級規(guī)模或?qū)崿F(xiàn)財務(wù)目標(biāo)。Othot的Abbatico說，在沒有適當(dāng)約束的情況下創(chuàng)建模型很容易造成偏見。“對偏見進(jìn)行審查需要多花精力。添加與多樣性相關(guān)的目標(biāo)有助于建模理解目標(biāo)，并有助于抵消偏見，如果不將多樣性目標(biāo)作為約束因素包括在內(nèi)，偏見則很容易被納入。”

人工智能的未來在云端

AI和ML系統(tǒng)需要大量的數(shù)據(jù)、復(fù)雜的算法和強(qiáng)大的處理器，這些處理器可以在需要時進(jìn)行擴(kuò)展。所有主要的云供應(yīng)商都在爭先恐后地提供數(shù)據(jù)科學(xué)平臺，這些平臺將所有東西都放在一個方便的地方。這意味著數(shù)據(jù)科學(xué)家不需要等待IT為他們配置服務(wù)器。他們只需上網(wǎng)，填寫幾張表格，就可以開業(yè)了。

根據(jù)德勤的AI調(diào)查，93%的企業(yè)正在使用某種形式的基于云的AI。德勤的Loucks說：“這讓我們更容易上手。”然后，這些項(xiàng)目會變成運(yùn)營系統(tǒng)，隨著規(guī)模的擴(kuò)大，配置問題會成倍增加。有了最新的服務(wù)，集中化、自動化的配置和安全管理儀表盤可能不可用，公司必須自己編寫或等待供應(yīng)商加快步伐填補(bǔ)空白。

當(dāng)使用這些系統(tǒng)的人是公民數(shù)據(jù)科學(xué)家或理論研究人員，而他們在安全方面沒有很強(qiáng)的背景時，這可能是一個問題。此外，供應(yīng)商歷來都是先推出新功能，然后再推出安全功能。當(dāng)系統(tǒng)被快速部署，然后擴(kuò)展得更快時，這可能會是一個問題。我們已經(jīng)在物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備、云存儲和容器上看到了這種情況。

Raff說，人工智能平臺供應(yīng)商越來越意識到這一威脅，并從錯誤中吸取了教訓(xùn)。他說：“我看到，考慮到歷史上的‘安全放在最后’的心態(tài)，納入安全內(nèi)容的計劃比我們原本預(yù)期的要積極得多。ML社區(qū)對此更為關(guān)注，延遲時間可能會更短。”

德勤(Deloitte)AI聯(lián)席主管Irfan Saif對此表示贊同，特別是在涉及到支持大型企業(yè)AI工作負(fù)載的主要云平臺時。就網(wǎng)絡(luò)安全能力的演變而言，它們可能比之前的技術(shù)更成熟。

人工智能項(xiàng)目安全檢查清單

以下這些幫助確保人工智能項(xiàng)目安全的清單摘自德勤的《企業(yè)中的人工智能狀況》(第3版)：