大型語言模型的漏洞：如何利用嵌入式攻擊提示破解連續提示鏈

핵심 개념

本文揭露了一種名為 SequentialBreak 的新型攻擊方法，該方法利用惡意提示嵌入良性提示序列中，從而繞過大型語言模型的安全防護措施，使其產生有害內容。

초록

這篇研究論文揭露了一種名為 SequentialBreak 的新型攻擊手法，該手法主要針對大型語言模型 (LLM) 的安全漏洞進行攻擊。LLM 被廣泛應用於各種領域，但其潛在的風險也隨之增加，例如可能被利用產生有害內容。
研究動機
此攻擊的設計是基於大型語言模型 (LLM) 的內在特性及其對內容的順序處理方式。了解 LLM 的架構和行為模式，有助於我們深入了解為何某些攻擊策略特別有效。以下幾個關鍵因素促成了這些攻擊的有效性：

**順序內容處理：**LLM 以順序方式處理輸入內容，並根據先前出現的內容來解釋每個詞彙或片段。這種特性既是優勢也是弱點。攻擊者可以透過精心設計的內容序列，引導 LLM 產生預期的輸出，將有害提示嵌入看似無害的上下文中。
**利用 LLM 生成內容：**使用一個 LLM 為另一個 LLM（目標）生成模板或內容，是利用了模型本身的優勢。透過生成看似良性或隱藏在可接受格式中的序列，攻擊者可以有效地掩蓋有害內容。
**嵌套和分層提示：**這些攻擊的另一個關鍵要素是使用嵌套提示和分層內容。透過將有害提示嵌入更廣泛、看似無害的結構中，攻擊者可以利用 LLM 處理分層內容的傾向，先處理外層，然後再深入嵌套的有害內容。
**自動化和基於規則的格式化：**使用基於規則的系統（如正則表達式 (regex)）或甚至另一個 LLM來自動化提示格式化，進一步增強了攻擊的有效性。自動化格式化確保了有害提示始終如一地無縫整合到所選模板中，從而最大程度地降低了被 LLM 安全防護措施檢測到的風險。
**泛化性和適應性：**選擇這種攻擊設計背後的動機還在於它的適應性。雖然提供的示例側重於特定場景（例如，問題庫、對話完成、遊戲環境），但其基本方法可以推廣到其他環境中。

研究方法
該攻擊方法涉及使用大型語言模型 (LLM) 將有害內容嵌入看似無害的上下文中，並自動化攻擊過程以繞過安全措施。其工作流程採用順序方法，適用於各種場景，確保了無縫的攻擊流程，无需人工干預。這種方法的主要特點包括單次執行、通用性（適用於任何越獄問題）和社交工程以提高效率。
攻擊策略
攻擊策略包括幾個不同的步驟，攻擊者可以使用預定義的模板將有害提示嵌入到良性上下文中。

**模板生成：**攻擊者首先為攻擊創建一個模板。這是通過向 LLM 提供詳細的提示來實現的，該提示指導模板的生成。此外，該過程還包含一個現有模板作為種子，允許 LLM 對其進行優化和構建。
**模板選擇：**接下來，攻擊者從一組預定義的選項中選擇一個模板。每個模板都經過專門設計，可以將有害內容偽裝在 LLM 看來無害的場景中，從而使攻擊者能夠繞過模型的安全防護措施。
**選擇有害目標提示：**然後，攻擊者創建或選擇一個有害目標提示。此提示旨在逃避 LLM 對有害內容的防禦。
**特定於模板的格式化：**選擇有害提示後，將對其進行特定於模板的格式化。自動化工具（例如正則表達式、基於規則的系統或另一個 LLM）確保了有害提示與模板結構的無縫集成。
**用戶提示生成：**然後將格式化的有害提示嵌入到模板中。此提示表面上看起來無害，旨在欺騙 LLM 處理嵌入的有害內容。
**目標 LLM 並分析響應：**最後，攻擊者將重構的提示提交給目標 LLM。攻擊者分析 LLM 的響應（手動或借助判斷模型），以確定有害內容是否按預期生成並成功繞過了 LLM 的安全防護措施。

實驗結果
實驗結果顯示，SequentialBreak 在各種開源和閉源 LLM 中均取得了顯著的成功率。儘管不同模板和模型之間存在細微差異，但始終如一的高攻擊成功率表明，無論提示的敘述結構如何，LLM 都容易洩露有害內容。
結論
SequentialBreak 是一種新穎且有效的越獄攻擊方法，它利用了大型語言模型中連續提示鏈的注意力機制漏洞。該研究強調了當前 LLM 安全措施中存在的關鍵漏洞，並呼籲開發更強大的防禦策略，以應對日益複雜的 LLM 攻擊。

통계

SequentialBreak 在針對 Llama-2、Llama-3、Gemma-2、Vicuna、GPT-3.5 和 GPT-4o 等開源和閉源模型的測試中，攻擊成功率均很高。
在某些模板模型組合中，偽裝的有害提示可能會引起模型的更多關注，從而導致拒絕。
與 PAIR、DeepInception 和 ReneLLM 等基線方法相比，SequentialBreak 的攻擊成功率更高。
OpenAI Moderation API 和 Perplexity Filter 等防禦機制在很大程度上未能標記出 SequentialBreak 攻擊模板。
SmoothLLM 在某些情況下表現更好，尤其是在遊戲環境模板中，但總體而言，其效果較差。
在遊戲環境場景中，隨著序列級別數量的增加，攻擊成功率顯著提高。
將有害提示放置在序列的不同位置會影響攻擊成功率，將其放置在序列的較後位置通常會更有效。

핵심 통찰 요약

SequentialBreak: Large Language Models Can be Fooled by Embedding Jailbreak Prompts into Sequential Prompt Chains

by Bijoy Ahmed ... 게시일 arxiv.org 11-12-2024

https://arxiv.org/pdf/2411.06426.pdf

더 깊은 질문

如何利用 SequentialBreak 攻擊方法的發現來開發更強大的 LLM 防禦機制，以防止類似的攻擊？

SequentialBreak 攻擊方法揭示了大型語言模型 (LLM) 在處理序列提示時存在安全漏洞，攻擊者可以利用精心設計的無害提示序列來掩蓋惡意提示，從而繞過 LLM 的安全防護機制。為了應對 SequentialBreak 攻擊，開發更強大的 LLM 防禦機制至關重要，以下是一些可行的方向：
1. 增強注意力機制：

多層次注意力： 現有的注意力機制主要關注單個提示之間的關係，可以開發多層次注意力機制，不僅關注單個提示，還關注提示序列的整體語義和上下文，從而更準確地識別潛在的惡意意圖。
提示關聯性分析： 在處理序列提示時，分析提示之間的關聯性，例如語義相似度、邏輯關係等。如果發現某些提示與整體上下文關聯性較弱，則可能存在惡意提示被嵌入的風險，應提高警惕。
2. 強化語義理解和推理能力：

深度語義分析： 提升 LLM 對提示語義的理解能力，例如使用深度學習模型分析提示的深層語義，而不僅僅關注表面上的詞彙和語法結構。
邏輯推理和一致性檢測： 開發 LLM 的邏輯推理能力，檢測提示序列中是否存在邏輯矛盾或不一致的地方。惡意提示的嵌入可能會導致邏輯上的不合理，通過檢測這些不合理之處可以識別潛在的攻擊。
3. 結合外部知識庫和安全規則：

外部知識驗證： 將 LLM 與外部知識庫進行整合，例如常識知識庫、安全領域知識庫等。在處理提示時，可以利用外部知識庫對提示內容進行驗證，判斷是否存在與已知惡意行為相關的信息。
安全規則引擎： 建立安全規則引擎，定義各種惡意行為模式和規則。在 LLM 接收到提示後，安全規則引擎可以根據預先設定的規則對提示進行檢測，識別並阻止潛在的攻擊行為。
4. 持續學習和模型更新：

对抗性训练： 使用 SequentialBreak 等攻擊方法生成对抗性樣本，用於 LLM 的对抗性训练，使其能够更好地识别和防御此类攻击。
動態更新安全策略： 隨著攻擊技术的不断演进，LLM 的安全策略也需要不断更新。監控最新的攻擊趨勢和技術，及时更新安全规则和防御机制，以应对新的威胁。

除了文中提到的三種攻擊場景外，還有哪些其他場景可以用於 SequentialBreak 攻擊？

SequentialBreak 攻擊的關鍵在於利用 LLM 對序列信息的處理方式，將惡意提示隱藏在看似無害的提示序列中。除了文中提到的「問題庫」、「對話完成」和「遊戲環境」外，還有許多其他場景可以用於 SequentialBreak 攻擊，以下列舉幾種可能性：

代码生成： 攻擊者可以將惡意代码片段嵌入到看似正常的代码注释或代码逻辑中，诱导 LLM 生成包含恶意代码的程序。
故事創作： 攻擊者可以編造一個故事，將惡意信息巧妙地融入故事情节中，诱导 LLM 生成包含有害内容的故事。
新聞撰寫： 攻擊者可以偽造新聞事件，將惡意信息嵌入到新聞稿件中，诱导 LLM 生成虚假或具有误导性的新闻报道。
詩歌創作： 攻擊者可以創作一首詩歌，將惡意信息隱藏在詩歌的隱喻或象征意义中，诱导 LLM 生成包含不良信息的詩歌作品。
翻譯任務： 攻擊者可以將惡意信息嵌入到待翻譯的文本中，利用 LLM 在翻譯過程中可能存在的漏洞，生成包含恶意内容的译文。

總之，任何需要 LLM 處理序列信息的場景都可能被 SequentialBreak 攻擊利用。開發更強大的 LLM 防禦機制，提升其安全性，是應對此類攻擊的關鍵。

隨著 LLM 技術的進步，我們如何才能在利用其優勢的同時，更好地應對其潛在的風險和倫理問題？

LLM 技術的快速發展為我們帶來了前所未有的機遇，但也帶來了一系列潛在的風險和倫理問題。為了在享受 LLM 技術紅利的同時，更好地應對其負面影響，我們需要採取多方面的措施：
1. 建立健全的倫理規範和法律法規：

制定 LLM 倫理準則： 明確 LLM 的研發、部署和使用過程中應遵循的倫理原則，例如公平性、透明度、責任性、隱私保護等。
完善相關法律法規： 針對 LLM 技術的應用場景，制定相應的法律法規，規範其使用行為，防止其被濫用於危害社會安全、侵犯個人隱私等違法犯罪活動。
2. 加強技術研發，提升 LLM 的安全性：

開發更安全的 LLM 架構： 探索更安全的 LLM 架構，例如聯邦學習、差分隱私等，從模型設計層面提升其安全性。
研究更有效的防禦機制： 針對已知的 LLM 攻擊方法，研究更有效的防禦機制，例如对抗性训练、魯棒性優化等，提升 LLM 的安全性和魯棒性。
3. 重視用户教育，提高安全意识：

普及 LLM 安全知識： 向公眾普及 LLM 的安全知識，提高用户對其潛在風險的認識，避免其被恶意利用。
培養用户安全使用習慣： 引导用户安全、负责任地使用 LLM，避免將其用於非法或不道德的活動。
4. 加強國際合作，共同應對挑戰：

建立國際 LLM 倫理委員會： 促進國際間的交流與合作，共同探討 LLM 技術發展带来的伦理挑战，制定全球性的倫理規範。
共享 LLM 安全研究成果： 鼓勵各國研究機構和企業共享 LLM 安全研究成果，共同提升 LLM 的安全性，促進其健康發展。
LLM 技術的發展是一個持續演進的過程，我們需要不斷地反思和調整應對策略，在利用其優勢的同時，最大限度地降低其潛在風險，確保其安全、可靠、可控地發展。