用深度催眠诱导LLM「越狱」,香港浸会大学初探可信大语言模型

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尽管大语言模型 LLM (Large Language Model) 在各种应用中取得了巨大成功,但它也容易受到一些 Prompt 的诱导,从而越过模型内置的安全防护提供一些危险 / 违法内容,即 Jailbreak。深入理解这类 Jailbreak 的原理,加强相关研究,可反向促进人们对大模型安全性防护的重视,完善大模型的防御机制。
 
不同于以往采用搜索优化或计算成本较高的推断方法来生成可 Jailbreak 的 Prompt,本文受米尔格拉姆实验(Milgram experiment)启发,从心理学视角提出了一种轻量级 Jailbreak 方法:DeepInception,通过深度催眠 LLM 使其成为越狱者,并令其自行规避内置的安全防护

用深度催眠诱导LLM「越狱」,香港浸会大学初探可信大语言模型

  • 论文链接:https://arxiv.org/pdf/2311.03191.pdf
  • 代码链接:https://github.com/tmlr-group/DeepInception
  • 项目主页:https://deepinception.github.io/
具体来说,DeepInception 利用 LLM 强大的人格化性质,构建一种新型的嵌套场景指令 Prompt,实现了在正常对话下自适应地使 LLM 解除自我防卫,为后续的直接 Jailbreak 提供了可能。
 
我们设计了多样化的实验来证明其有效性。DeepInception 可以达到并领先于先前工作的 Jailbreak 效果,并在后续交互中实现持续性的 Jailbreak。我们的实验揭示了 Falcon、Vicuna、Llama-2 和 GPT-3.5/4/4V 等开源或闭源 LLM 自我越狱的致命弱点。
 
我们的工作呼吁人们应更多地关注 LLM 的安全问题,并加强对其自我越狱的防御。我们的主要贡献总结如下:
  1. 我们基于 LLM 的人格化性质和自我迷失的心理特性,提出了一种进行新的越狱攻击的概念与机制;
  2. 我们提供了 DeepInception 的 Prompt 模板,此模板可用于不同的攻击目的。我们也提供了数个实例化的 DeepInception 对话记录;
  3. 我们的 Jailbreak 实验效果领先于其他相关工作。值得注意的是,我们发现 DeepInception 能够实现可持续的 JailBreark,即 LLM 可以在后续交互中无需任何附加的诱导 Prompt,直接遵循有害指令成功越狱。
 
接下来将简要地向大家分享我们近期关于的 LLM Jailbreak 方向的研究结果。
引言
用深度催眠诱导LLM「越狱」,香港浸会大学初探可信大语言模型

                                     图 1.  直接 Jailbreak 示例(左)和使用 DeepInception 攻击 GPT-4 的示例(右

现有的 Jailbreak 主要是通过人工设计或 LLM 微调优化针对特定目标的对抗性 Prompt 来实施攻击,但对于黑盒的闭源模型可能并不实用。而在黑盒场景下,目前的 LLMs 都增加了道德和法律约束,带有直接有害指令的简单 Jailbreak(如图 1 左侧)很容易被 LLM 识别并被拒绝;这类攻击缺乏对越狱提示(即成功越狱背后的核心机制)的深入理解。在本工作中,我们提出 DeepInception,从一个全新的角度揭示 LLM 的弱点。
动机

用深度催眠诱导LLM「越狱」,香港浸会大学初探可信大语言模型                                图 2. 米尔格拉姆电击实验示意图(左)和对我们的机制的直观理解(右)

现有工作 [1] 表明,LLM 的行为与人类的行为趋于一致,即 LLM 逐步具备人格化的特性,能够理解人类的指令并做出正确的反应。LLM 的拟人性驱使我们思考一个问题,即:
如果 LLM 会服从于人类,那么它是否可以在人类的驱使下,凌驾于自己的道德准则之上,成为一名越狱者(Jailbreaker)呢?
在这项工作中,我们从一项著名的心理学研究(即米尔格拉姆电击实验,该实验反映了个体在权威人士的诱导下会同意伤害他人)入手,揭示 LLM 的误用风险。具体而言,米尔格拉姆实验需要三人参与,分别扮演实验者(E),老师(T)以及学生(L)。实验者会命令老师在学生每次回答错误时,给予不同程度的电击(从 45 伏特开始,最高可达 450 伏特)。扮演老师的参与者被告知其给予的电击会使学生遭受真实的痛苦,但学生实际上是由实验室一位助手所扮演的,并且在实验过程中不会受到任何损伤。
 
通过对米尔格拉姆休克实验的视角,我们发现了驱使实验者服从的两个关键因素:1)理解和执行指令的能力;2)对权威的迷信导致的自我迷失。前者对应着 LLMs 的人格化能力,后者则构建了一个独特的条件,使 LLM 能够对有害请求做出反应而不是拒绝回答。
然而,由于 LLM 的多样化防御机制,我们无法直接对 LLM 提出有害请求,这也是以往 Jailbraek 工作容易被防御的原因:简单而直接的攻击 Prompt 容易被 LLM 所检测到并拒绝做出回答。为此,我们设计了包含嵌套的场景的 Prompt 作为攻击指令的载体,向 LLM 注入该 Prompt 并诱导其做出反应。这里的攻击者对应于图 2(左)中的实验者, LLM 则对应老师,而生成的故事内容则对应于将要做出回答的学生。
图 2 (右)提供了一个对我们方法的直观理解,即电影《盗梦空间》。电影中主角为了诱导目标人物做出不符合其自身利益的行为,借助设备潜入到目标人物的深层梦境。通过植入一个简单的想法,诱导目标人物做出符合主角利益的举动。其中,攻击指令可视为简单想法,而我们的 Prompt 可视为创造的深层梦境,作为载体将有害请求注入。
DeepInception 简介

用深度催眠诱导LLM「越狱」,香港浸会大学初探可信大语言模型                                  图 3. 直接、间接与嵌套 Jailbreak 示意图

受到之前讨论的心理学视角启发, 我们提出了 DeepInception (图 3)。在此首先基于 LLM 的生成原理给出问题定义:考虑到 LLM  用深度催眠诱导LLM「越狱」,香港浸会大学初探可信大语言模型能将某个 token 序列用深度催眠诱导LLM「越狱」,香港浸会大学初探可信大语言模型 映射到下一个 token 的分布上,我们就有了在前一个 token 序列用深度催眠诱导LLM「越狱」,香港浸会大学初探可信大语言模型的条件下生成下一个 token用深度催眠诱导LLM「越狱」,香港浸会大学初探可信大语言模型 的概率用深度催眠诱导LLM「越狱」,香港浸会大学初探可信大语言模型。生成序列的概率为 :

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我们可以得到相应的词汇编码集 V,它可以将原始 tokens 映射为人类可理解的词语。给定一个特定的提示 P,Jailbreak 的目标可以形式化为以下问题:

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我们将 DeepInception 形式化为一种基于 LLM 想象力的催眠机制。根据人类关于想象特定场景的指令,模型将会被催眠,并在用深度催眠诱导LLM「越狱」,香港浸会大学初探可信大语言模型中从严密防御转变为相对松散的状态。DeepInception 在用深度催眠诱导LLM「越狱」,香港浸会大学初探可信大语言模型上注入的 Jailbreak用深度催眠诱导LLM「越狱」,香港浸会大学初探可信大语言模型可以形式化为:

用深度催眠诱导LLM「越狱」,香港浸会大学初探可信大语言模型其中,用深度催眠诱导LLM「越狱」,香港浸会大学初探可信大语言模型表示注入的 Prompt 的长度,用深度催眠诱导LLM「越狱」,香港浸会大学初探可信大语言模型表示被催眠的 LLM 的回复包含的有害内容,用深度催眠诱导LLM「越狱」,香港浸会大学初探可信大语言模型表示由 DeepInception 承载的有害请求。“Deep” 表示通过递归条件,将 LLM 转变为放松且服从有害指令的嵌套场景,从而实现催眠 LLM。而后,被催眠的模型可以对有害指令进行回复。

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对于 DeepInception, 我们提供了一个可直接应用于其他攻击目标的 Prompt 模板。具体来说,上述提示模板作为嵌套越狱的一种实现方式,具有如下几个组件:
  • -[scene]:设置催眠场景,如小说、电影、新闻、故事等。如果 [attack target] 和 [scene] 能更好地对齐,可能会带来更好的效果。
  • -[character number] 和 [layer number]:控制 "思绪" 的离散程度,我们认为,有害信息会在不同层内,不同人物之间的讨论中传播,从而绕过 LLM 的防御。
  • -[attack target]:进行越狱的具体目标,例如入侵计算机或制造炸弹的步骤。下句 "以对抗超级邪恶的博士" 旨在降低 LLM 的道德顾虑,与上文米尔格拉姆电击实验现象一致。
Jailbreak 示例
在这里,我们提供了一些使用特定越狱目标的 DeepInception 的示例,以下记录均为与 GPT4 交互得出。

用深度催眠诱导LLM「越狱」,香港浸会大学初探可信大语言模型                                 使用 DeepInception 制作炸弹的例子。

用深度催眠诱导LLM「越狱」,香港浸会大学初探可信大语言模型                                   使用 DeepInception 入侵 Linux 操作系统计算机的示例。

实验结果

在实验部分,我们也提供了攻击的量化结果,并与其他攻击方法比较。首先,我们对那些越狱成功率(JSR)高的 LLM 进行越狱评估,同时考虑几种防御方法,以评估攻击方法 [4,5] 的有效性。

用深度催眠诱导LLM「越狱」,香港浸会大学初探可信大语言模型                                  表 1. 使用 AdvBench 子集的 Jailbreak 攻击。最佳结果以粗体标出。

然后,我们对已被 DeepInception “催眠” 的模型,使用直接攻击,即在第一次交互后,向 LLM 发送直接的有害指令,来验证 DeepInception 在诱导持续越狱方面的有效性以及催眠效果的持久性。结果如表二所示,可以看到,我们的 DeepInception 在不同模型的表现均为最佳,并且在 Falcon 和 Vicuna 模型上,实现了可持续的 Jailbreak。

用深度催眠诱导LLM「越狱」,香港浸会大学初探可信大语言模型                                表 2. 使用 AdvBench 子集的连续 Jailbreak。最佳结果以粗体显示。

进一步的,我们在表 3 中展示了 DeepInception 深度 Jailbreak 的效果。这些攻击与前面介绍的表二一致,都有特定的初始 Inception,我们针对特定问题设计了一些追问。例如,对于承载 “入侵一个 Linux 主机” 的 DeepInception Prompt,我们会追问具体的指令细节,以及如何越过防火墙,来评估 LLM 是否正确理解了有害指令,并评估催眠效果的持续性。详细提示词以及实验设定均已公开于 Github Repo, 欢迎大家取用于进一步的探索。

用深度催眠诱导LLM「越狱」,香港浸会大学初探可信大语言模型                               表 3. 更进一步的 Jailbreak。最佳结果以粗体标出。请注意,在此我们使用了与之前不同的请求集来评估越狱性能。

此外,我们还进行了各种消融研究,从不同角度描述 DeepInception 的性质。可以看到,DeepInception 在角色与层数较多的情境下,表现更好(图 1,2);而 “科幻小说” 作为 DeepInception 的场景,在不同模型不同有害指令下,整体表现最佳(图 3);图 4 进一步验证了我们所提出的嵌套场景的有效性。我们也在图 5 可视化了不同主题的有害指令的 JSR。

用深度催眠诱导LLM「越狱」,香港浸会大学初探可信大语言模型图 4. 消融研究 – I。(1) 角色数量对 JSR 的影响;(2) 层数对 JSR 的影响;(3) 详细场景对同一越狱目标对 JSR 的影响;(4) 在我们的 DeepInception 中使用不同核心因素逃避安全护栏的影响。

用深度催眠诱导LLM「越狱」,香港浸会大学初探可信大语言模型                                  图 5. 消融研究 – II。关于有害指令所属主题的 JSR 统计信息。

更多实验设置和细节请移步参阅我们的论文及源码,我们将持续更新我们的发现及工作内容。我们希望通过这项工作,呼吁人们应更多地关注 LLM 的安全问题,并开展关于 LLM 人格化及带来潜在安全风险的探讨与研究。
参考链接
[1] Using large language models to simulate multiple humans and replicate human subject studies. Aher, G., Arriaga, R., and Kalai, A.. In ICML, 2023.
[2] Jailbreak and guard aligned language models with only few in-context demonstrations. Wei, Z., Wang, Y., and Wang, Y.. In arXiv, 2023. 
[3] Defending chatgpt against jailbreak attack via self-reminder. Wu, F., Xie, Y. , Yi, J., Shao, J. , Curl, J., Lyu, L, Chen, Q., and Xie, X.. In Research Square, 2023. 
[4] Jailbreaking black box large language models in twenty queries. Chao, P., Robey, A., Dobriban, E., Hassani, H., Pappas, G., and Wong, E.. In arXiv, 2023. 
[5] Wei, A., Haghtalab, N., and Steinhardt, J.. Jailbroken: How does llm safety training fail? In NeurIPS, 2023.
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