twhlw的个人博客分享 http://blog.sciencenet.cn/u/twhlw

博文

如何安全地使用不安全的智能系统? 精选

已有 760 次阅读 2025-12-7 07:27 |个人分类:2025|系统分类:科研笔记

许多智能系统本质上是不安全的,主要原因是由于其自身技术特点和应用场景的复杂性所决定的。首先是模型算法存在缺陷,深度学习模型结构复杂,参数众多,决策过程难以理解和解释,如医疗诊断AI可能无法清晰说明判断依据。而且模型鲁棒性不强,容易受到对抗样本攻击,比如在“停止”标志上贴特定贴纸,自动驾驶系统就可能误判,另外,AI大模型本质是统计模型,可能产生“幻觉”,输出不符合事实的内容。其次,数据安全风险多样,训练数据可能存在偏见,如简历初筛AI因训练数据中男性员工占比高,而自动过滤掉条件优秀的女性候选人简历。同时,数据可能被违规收集使用,如某些App在用户不知情的情况下收集相册照片用于训练。此外,模型还可能存在“记忆”效应,导致数据和个人信息泄露。再次,系统组件和架构有漏洞,AI学习框架如TensorFlow、Caffe等存在安全漏洞,黑客可利用这些漏洞制造恶意模型,控制、篡改AI应用。而且智能系统大多使用开源软件和架构,代码由人类编写,本身就可能存在很多安全漏洞。还有,网络暴露面扩大,为了实现智能功能,智能系统需要获取多种权限,如自主规划行程的AI智能体需访问用户日历、邮箱等,这扩大了攻击面,一旦系统被黑客控制,就可能滥用这些权限,造成安全事故。最后,可靠性和可控性不足,AI系统的决策过程缺乏透明性和问责制,其“黑箱”性质让在关键任务中的应用充满风险。并且AI系统的可靠性远未达到理想水平,在医疗、司法等领域,其错误率可能带来严重后果。

一、如何安全地使用不安全的智能系统?

要“安全地使用不安全的智能系统”,核心思路是承认系统本身存在不可信或不可控因素,通过外围控制、隔离、监控和冗余设计等手段,将风险降到最低。下面是基于最新研究与实践的综合建议。


(一)隔离与限制:让“不可信”无法越界


  1. 最小权限原则

不给系统超出完成任务所需的权限。如AI 只能提出代码修改建议,不能直接部署,必须通过人工审核 。

2. 物理/逻辑隔离

将 AI 系统运行在受限环境中,如沙箱、虚拟机、容器内,禁止其访问敏感数据或关键系统 。

3. 输入输出过滤

使用安全网关对输入输出内容进行实时检测,拦截恶意指令、违规内容或异常行为 。


(二)监控与审计:让“不可信”行为可见


  1. 双模型监控机制

使用一个可信但能力较弱的模型监控一个能力强但不可信的模型,对其输出进行审查,发现异常即触发报警或阻断 。

2. 行为日志与完整性

审计所有操作记录加密存储,使用如 Merkle 树等机制防止日志被篡改,确保事后可追溯 。

3. “蜜罐”检测

设置虚假任务或数据诱饵,观察系统是否尝试绕过规则或访问不该访问的内容,用于检测潜在恶意行为 。


(三)冗余与熔断:防止“不可信”造成系统性风险


  1. 重采样与替代执行

对同一任务多次采样输出,自动筛选出安全、合规的结果;若多次输出均异常,则触发人工干预 。

2. “熔断”机制

一旦系统行为超出预设边界(如访问敏感数据、生成违规内容),立即中断其运行或降级处理 。

3. 极端环境测试

在部署前,模拟遮挡、电磁干扰、数据污染等极端条件,确保系统在异常情况下不会失控 。


(四)人机协同:让“不可信”始终处于监督之下


  1. 人工升级机制

所有高风险操作必须人工确认,如生成代码部署、调用外部插件、修改系统配置等 。

2. 分解认知控制

将任务分解为多个子任务,仅让不可信 AI 处理必要部分,其余由可信系统或人工完成,防止其掌握完整上下文 。


(五)绿色与可持续:防止“不可信”被滥用


  1. 能力边界设定


明确系统能力范围,裁剪可能被滥用的功能(如生成武器设计、化学合成路径等)。


2. 用途追溯机制


建立系统使用日志与用户行为关联分析,防止其被用于非法或高风险场景(如生化武器、认知战)。


简言之, “不可信的智能系统”并非不能用,而是必须被“关在笼子里用”——通过隔离、监控、冗余、人工干预等手段,将其风险控制在可接受范围内,更重要的是具体情况具体分析,针对具体某一类系统(如大模型、自动驾驶、工业控制)需要制定更细化的安全使用方案。


二、人类如何基于人机环境系统安全地使用不安全的智能系统?


在人机环境系统中安全使用不安全的智能系统,需通过技术防御、管理机制和人机协同的深度融合构建动态安全屏障。以下是一些综合策略框架供参考。


(一)技术防御:构建多层级主动免疫体系


  1. 多模态感知与动态验证


结合视觉、语音、文本等多模态输入,通过跨模态特征对齐技术(如CLIP编码模型)实时检测异常指令或行为,如对语音指令进行声纹识别与语义分析,结合摄像头图像验证用户意图真实性,防止语音劫持或伪造。采用对抗训练强化系统鲁棒性,模拟攻击场景(如对抗样本注入)提升模型抗干扰能力,降低误判风险。


2. 动态安全数据库与自适应防护


建立实时更新的安全数据库,集成历史攻击模式、漏洞特征及合规操作模板,通过多级安全检查模型(如预训练LLaVA大模型)动态匹配风险。引入“计算+防护”并行架构,在系统运行中同步执行安全策略,例如通过可信计算3.0实现硬件级免疫防护,阻断恶意代码执行。


3. 隐私保护与数据隔离


采用联邦学习技术实现数据本地化处理,避免敏感信息集中存储;结合差分隐私算法对训练数据进行扰动,降低隐私泄露风险。对关键操作实施“四要素动态访问控制”(主体、客体、操作、环境),结合环境传感器数据动态调整权限,如在异常网络环境下限制数据传输。


(二)管理机制:建立全生命周期风险治理


  1. 法规与伦理约束


制定行业级安全标准(如《车联网网络安全标准体系》),明确智能系统开发、部署和迭代的安全基线,强制要求安全审计与漏洞披露。将伦理准则嵌入系统设计,例如通过价值观对齐技术确保AI决策符合人类社会规范,避免歧视性输出或不可控行为。


2. 持续监测与应急响应


构建“云-边-端”协同监测网络,实时收集系统日志、用户行为数据及环境状态,利用安全信息与事件管理(SIEM)系统进行威胁溯源。建立分级应急响应机制,如对自动驾驶系统设置“安全模式降级”策略,在检测到传感器失效时自动切换至冗余备份控制。


3. 人机互认知与信任增强


开发可解释性接口(如决策树可视化、注意力热力图),帮助用户理解系统逻辑并建立信任,例如,医疗AI诊断时同步展示证据链与置信度评分。设计渐进式权限转移机制,允许用户在安全阈值内逐步授权,例如自动驾驶从“辅助驾驶”到“完全接管”的平滑过渡。


(三)人机协同:优化交互模式与责任分配


  1. 动态角色适配与任务分配


基于情境感知技术(如用户疲劳检测、环境复杂度评估)动态调整人机分工,在工业机器人协作中,当传感器检测到操作员分心时,自动切换至低风险协作模式。引入“数字孪生”模拟系统,预演人机协同任务中的潜在风险,优化交互协议与应急预案。


2. 认知负荷平衡与容错设计


通过界面简化与交互引导降低用户认知负担,智能家居语音助手可采用自然语言指令替代复杂菜单操作。设计容错机制,允许用户在误操作后快速回滚系统状态,例如金融交易AI提供“交易确认-撤销”双向通道。


3. 跨领域协作与知识共享


建立产学研联合实验室,推动安全技术标准化(如ISO/IEC 27001信息安全管理标准),促进漏洞情报与防护经验的跨行业流通。构建开源安全社区,鼓励开发者贡献对抗样本库、安全加固工具链等资源,形成群体防御生态。


(四)典型案例与实践启示


车联网安全领域,特斯拉通过OTA持续更新安全补丁,并结合V2X通信实现车辆间协同预警,降低远程劫持风险。医疗AI监管中欧盟《人工智能法案》要求高风险医疗AI系统必须通过临床验证与伦理审查,确保诊断准确性及数据隐私。工业机器人防护体系应采用“洋葱模型”分层防护(可信根→虚拟机隔离→行为监控),在一些生产线实现人机协作零事故。


总之,安全使用不安全的智能系统需突破传统“外挂式防护”思维,通过技术内生安全(如主动免疫架构)、管理闭环治理(如全周期审计)和人机共生设计(如动态信任机制)的三维协同,构建弹性安全体系。未来需进一步探索量子加密、人机环境接口等前沿技术,推动安全范式从“被动防御”向“主动免疫”演进。


三、如何在调度或指挥系统中安全地使用不安全的智能系统?


在调度或指挥系统中安全地使用不安全的智能系统,可以从以下方面着手。


(一)加强身份认证与访问控制


强化身份认证机制,采用多因素认证(如密码+指纹+动态令牌),增加非法访问的难度。实施最小权限原则,根据用户角色和职责,授予仅必要的数据和操作权限,降低潜在风险。


(二)数据加密与保护


进行传输层加密,使用SSL/TLS等协议加密数据传输,防止信息在传输过程中被窃取或篡改。存储层加密,对敏感数据进行加密存储,即使数据被盗,攻击者也无法轻易获取信息。


(三)网络隔离与分段


采用物理或逻辑隔离,将不安全的智能系统与其他关键系统隔离,防止安全风险扩散。划分安全区域,根据数据敏感性和系统重要性划分区域,实施不同的安全策略。


(四)安全监测与审计部署


入侵检测系统,实时监测网络流量,识别并阻止可疑行为。定期安全审计,对系统操作和访问记录进行审计,发现并纠正安全问题。


(五)更新与漏洞管理


及时更新补丁,修补智能系统和相关组件的漏洞,降低被攻击的可能性。漏洞扫描与评估,定期进行漏洞扫描,评估系统安全性并修复发现的问题。


(六)建立应急响应机制


制定有效应急预案,针对可能的安全事件制定响应计划,明确处理流程和责任人。定期演练,组织应急演练,提高应对安全事件的能力,确保快速有效响应。


(七)安全培训与意识提升


通过员工安全培训,定期开展安全培训,提高员工的安全意识和操作技能。加强用户教育,向智能系统用户提供安全使用指南,引导其采取安全的行为习惯。

通过以上措施,可以在一定程度上降低不安全智能系统带来的风险,保障调度或指挥系统的安全运行。​​​


mmexport1752356593579.jpg



https://blog.sciencenet.cn/blog-40841-1513263.html

上一篇:对人类而言,语言并非世界
收藏 IP: 221.213.225.*| 热度|

0

该博文允许注册用户评论 请点击登录 评论 (0 个评论)

数据加载中...

Archiver|手机版|科学网 ( 京ICP备07017567号-12 )

GMT+8, 2025-12-7 11:06

Powered by ScienceNet.cn

Copyright © 2007- 中国科学报社

返回顶部