コードモデルにおけるメンバーシップ漏洩リスク：私のコードも学習データに含まれている？

Grunnleggende konsepter

大規模言語モデルを用いたコードモデルは、トレーニングデータのプライバシー漏洩に対して脆弱であり、攻撃者は高精度で特定のコードがトレーニングデータに含まれていたかを推測できる。

Sammendrag

GOTCHA: コードモデルに対するメンバーシップ推論攻撃

この論文は、大規模言語モデルを用いたコードモデルにおける、メンバーシップ推論攻撃(MIA)に対する脆弱性について論じています。

近年、GitHub Copilot, IntelliCode, CodeWhisperer など、大規模言語モデルをソースコードでトレーニングしたコードモデルが、コード補完などのソフトウェアエンジニアリングタスクに広く活用されています。
しかし、これらのモデルは、トレーニングデータに含まれる機密情報（パスワード、APIキーなど）の漏洩リスクを抱えています。
本論文では、特定のデータがモデルのトレーニングデータセットに含まれていたかどうかを攻撃者が推測できる、メンバーシップ推論攻撃(MIA)に焦点を当て、コードモデルにおけるこのリスクを検証します。

サロゲートモデルのトレーニング: 攻撃者は、被害者モデルのトレーニングデータの一部を用いて、サロゲートモデルをトレーニングします。
データセットの作成: サロゲートモデルを用いて、トレーニングデータと非トレーニングデータの両方に対してクエリを行い、出力結果を取得します。この出力結果と、対応する入力データ、および正解データを用いて、新しいデータセットを作成します。
MIA 分類器のトレーニング: 作成したデータセットを用いて、トレーニングデータと非トレーニングデータを区別する分類器をトレーニングします。具体的には、CodeBERTを用いてコードの埋め込みを抽出し、2層の全結合ニューラルネットワークを用いて分類器を構築します。

Viktige innsikter hentet fra

Gotcha! This Model Uses My Code! Evaluating Membership Leakage Risks in Code Models

by Zhou Yang, Z... klokken arxiv.org 10-16-2024

https://arxiv.org/pdf/2310.01166.pdf

Dypere Spørsmål

GOTCHA攻撃への対策として、どのような防御手法が考えられるでしょうか？

GOTCHA攻撃は、コードモデルにおけるメンバーシップ推論攻撃の一種であり、攻撃者が特定のデータがモデルの学習データセットに含まれていたかどうかを推測することを目的としています。GOTCHA攻撃への対策としては、以下のようないくつかの防御手法が考えられます。

モデルの正則化: モデルの学習時に正則化手法を用いることで、モデルの過学習を抑え、学習データへの依存度を低減できます。これにより、GOTCHA攻撃のようなメンバーシップ推論攻撃に対する耐性を向上させることができます。具体的な手法としては、L1正則化、L2正則化、ドロップアウトなどが挙げられます。

差分プライバシー: 差分プライバシーは、データセット内の個々のデータポイントに対するプライバシーを保護するための技術です。モデルの学習プロセスにノイズを追加することで、攻撃者が特定のデータポイントに関する情報を推測することを困難にします。

敵対的訓練: 敵対的訓練は、攻撃者が使用する可能性のある攻撃手法を想定し、それらに対する耐性を向上させるようにモデルを学習する手法です。GOTCHA攻撃のようなメンバーシップ推論攻撃を模倣したデータを用いてモデルを訓練することで、攻撃に対する耐性を向上させることができます。

出力の摂動: モデルの出力をランダムに摂動させることで、攻撃者がモデルの出力から学習データに関する情報を推測することを困難にすることができます。ただし、この手法はモデルの精度に影響を与える可能性があるため、注意が必要です。

フェデレーテッド学習: フェデレーテッド学習は、複数のデバイス上で分散してモデルを学習する手法です。各デバイスは、自分のデータを使用してローカルでモデルを学習し、その学習結果のみを共有します。これにより、学習データ自体を共有することなく、モデルを学習することができます。

これらの防御手法は、単独で使用することも、組み合わせて使用することもできます。最適な防御手法は、攻撃者の能力や攻撃対象となるモデルの特性などを考慮して決定する必要があります。

本研究ではコードモデルに焦点を当てていますが、他の種類の機械学習モデルでも同様のプライバシーリスクが存在するでしょうか？

はい、コードモデルに限らず、画像認識、自然言語処理、音声認識など、他の種類の機械学習モデルにおいても、同様のプライバシーリスクが存在します。
例えば、画像認識モデルでは、攻撃者がモデルの学習データセットに含まれる特定の人物の顔画像を推測できる可能性があります。また、自然言語処理モデルでは、学習データセットに含まれる機密情報（例：個人情報、企業秘密）がモデルの出力から漏洩するリスクがあります。
これらのリスクは、機械学習モデルが学習データの特徴を学習し、その特徴を反映した出力を生成するという特性に起因しています。そのため、どのような種類の機械学習モデルであっても、プライバシー保護には十分な注意を払う必要があります。

プライバシー保護と利便性のバランスをどのように保つべきでしょうか？

プライバシー保護と利便性のバランスを保つことは、機械学習モデルの開発と利用において重要な課題です。以下に、バランスを保つためのいくつかの考え方を示します。

データ最小化: 機械学習モデルの学習や利用に必要なデータのみを収集し、不要なデータは収集しないようにします。また、収集したデータは、必要な期間のみ保持し、その後は適切に削除します。

プライバシー保護技術の活用: 上記で述べたような、差分プライバシーやフェデレーテッド学習などのプライバシー保護技術を活用することで、プライバシーへの影響を抑えつつ、機械学習モデルの利便性を向上させることができます。

透明性の確保: 機械学習モデルの開発者は、モデルの学習データ、学習アルゴリズム、出力結果などをユーザーにわかりやすく開示することで、ユーザーがプライバシーリスクを理解し、安心してモデルを利用できるようにする必要があります。

ユーザーの選択: ユーザーが自身のデータの利用範囲を自由に選択できるようにする仕組みを提供することが重要です。例えば、ユーザーが特定のデータの利用を拒否したり、データの利用目的を制限したりできるような仕組みを提供することで、ユーザーのプライバシー保護意識を高めることができます。

法規制の遵守: 個人情報保護法などの関連法令を遵守し、ユーザーのプライバシーを保護する必要があります。

プライバシー保護と利便性のバランスは、常に変化する状況に合わせて、適切に調整していく必要があります。そのため、技術の進歩や社会的な要請などを踏まえ、継続的に検討していくことが重要です。