AI & Big Data 11月10日 22:17
流量模式洩密:大型語言模型對話主題恐遭側信道攻擊
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即使大型語言模型的對話內容經過TLS加密,攻擊者仍可能透過分析封包大小和傳輸間隔等流量模式,推斷出對話主題。微軟的研究(Whisper Leak)揭示,這種側信道攻擊利用了模型串流回應時逐字產生Token的特性。攻擊者無需解密內容,僅需監控網路流量,並利用機器學習分析封包長度序列和到達時序,即可建立流量指紋,準確識別對話主題。此研究已促使OpenAI、Mistral和xAI等AI服務業者合作修補此類隱私風險。

🔒 **流量模式洩漏隱私:** 研究指出,大型語言模型的對話即使經過TLS加密,攻擊者仍可透過封包大小和傳輸間隔等流量模式,推斷出對話主題。這意味著加密無法完全阻止流量模式成為隱私的弱點。

🔬 **側信道攻擊機制:** 攻擊者利用模型串流回應時逐字產生Token的特性,監控網路流量。透過機器學習分析封包長度序列和到達時序,可將流量模式與特定對話主題關聯,進而建立流量指紋。

🎯 **高準確度識別:** 實驗證明,即使在大量混雜的對話中,僅依賴加密封包的大小和時序,機器學習模型也能以極高準確度識別出特定對話主題,顯示此類攻擊的潛在威脅。

🛡️ **業者合作修補:** 為應對此風險,微軟已與OpenAI、Mistral和xAI等AI服務業者合作,採取新增混淆欄位或參數等措施,以掩蓋單次輸出的Token長度資訊,降低攻擊準確率至無實際威脅的水準。

微軟發表的Whisper Leak資安研究,揭露即使大型語言模型的對話透過TLS加密,攻擊者仍可能僅憑封包大小與傳輸間距,推斷出使用者與聊天機器人的對話主題。也就是說,加密雖能防止內容被竊聽,但流量模式本身仍可能成為隱私弱點。微軟指出,已與多家人工智慧服務業者合作修補風險,包含OpenAI、Mistral與xAI等。

研究人員針對大型語言模型的串流模式回應進行分析,由於模型通常以逐字產生的方式輸出Token,使用者在輸入問題後,會即時看到模型生成文字。研究人員指出,要是攻擊者能監控網路流量,無論是ISP層級的觀測、公共Wi-Fi上的竊聽,或同一區域網路的監聽,都可能在不解密任何內容的情況下,判斷出對話主題。

由於大型語言模型在串流回應時是逐一產生Token並傳回,因此每次輸出會轉成一段位元組資料再由封包傳送。即使內容被TLS加密,封包的長度與送出時間仍保留在網路層可觀測的後設資料中,這些後設資料與模型輸出的Token數量、Token長度與分組策略有關。攻擊者如果蒐集大量已知主題的範例,就能用機器學習把封包長度序列與到達時序當作特徵進行訓練,學習出不同主題對應的流量指紋。當新流量到來時,分類器只需比對這些指紋就能推斷主題,無須解密內容。

實驗中,研究人員以洗錢的合法性為測試主題,蒐集多組與此相關的問題,並將其與隨機的其他對話混合後進行訓練。結果顯示,即使僅根據加密封包的大小與時序,機器學習模型仍可準確辨識特定主題。不少模型的AUPRC評分超過98,而在模擬現實監控情境下,即使在一萬筆對話中僅有一筆為敏感內容,仍能以極高精度識別出目標。只要有足夠樣本與時間,監聽者便能建立可靠的主題分類器。

微軟將此攻擊歸類為旁通道(Side-Channel)分析的一種,與以往針對加密演算法硬體實作的功耗或電磁分析不同,Whisper Leak鎖定的是應用層的語言模型流量。研究團隊指出,這類攻擊與2024年學界已揭露的Token長度、推論時序、快取共享等旁通道手法屬同一類型,反映出生成式人工智慧服務在串流階段的潛在隱私風險。

人工智慧服務業者對此作出迴應,OpenAI在串流回應的每個串流事件新增名為混淆欄位,放入隨機長度的字元序列,以掩蓋單次輸出的Token長度資訊,微軟Azure也採用相同策略。微軟表示,此機制已能將攻擊準確率降至不具實際威脅的水準。Mistral則於Completion API的串流區塊新增p參數達到類似效果,xAI也已完成防護部署。

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