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GenBFA: An Evolutionary Optimization Approach to Bit-Flip Attacks on LLMs

Created by
  • Haebom

저자

Sanjay Das, Swastik Bhattacharya, Souvik Kundu, Shamik Kundu, Anand Menon, Arnab Raha, Kanad Basu

개요

본 논문은 대규모 언어 모델(LLM)의 하드웨어 기반 위협, 특히 비트 플립 공격(BFA)에 대한 취약성을 다룹니다. 기존 연구에서는 트랜스포머 기반 아키텍처가 BFA에 더 강하다고 주장했지만, 본 논문은 극소수의 비트 플립만으로도 LLM의 성능이 심각하게 저하될 수 있음을 보여줍니다. 이를 위해, LLM의 매개변수 공간을 효율적으로 탐색하여 중요 매개변수를 식별하는 새로운 프레임워크인 AttentionBreaker를 제안합니다. 또한, 가장 중요한 비트를 찾아 공격 효율을 높이는 진화적 최적화 전략인 GenBFA를 제시합니다. 실험 결과, 소수의 비트 플립으로도 LLM의 성능이 급격히 저하되는 것을 확인했습니다. 예를 들어, LLaMA3-8B-Instruct 모델에서 3개의 비트 플립만으로도 MMLU 작업의 정확도가 67.3%에서 0%로 떨어지고, Wikitext의 perplexity가 12.6에서 4.72 x 10^5로 급증했습니다. 이는 AttentionBreaker의 효율성과 LLM 아키텍처의 취약성을 강조합니다.

시사점, 한계점

시사점:
LLM이 BFA에 매우 취약하며, 소수의 비트 플립으로도 치명적인 성능 저하를 초래할 수 있음을 보여줍니다.
AttentionBreaker와 GenBFA는 LLM의 중요 매개변수를 효율적으로 찾아 공격을 수행하는 새로운 방법을 제시합니다.
LLM의 보안 강화를 위한 새로운 연구 방향을 제시합니다.
실제 환경에서의 LLM 보안 위협에 대한 인식을 높입니다.
한계점:
현재 제안된 방법은 특정 LLM 아키텍처와 8비트 양자화된 모델에 대한 결과만 제시하고 있습니다. 다른 아키텍처나 정밀도에 대한 추가 연구가 필요합니다.
AttentionBreaker와 GenBFA의 효율성은 모델 크기에 따라 달라질 수 있으며, 대규모 LLM에 대한 적용 가능성을 추가적으로 검증해야 합니다.
실제 공격 환경에서의 효과적인 방어 기법에 대한 연구가 부족합니다.
다양한 공격 벡터와 방어 기법에 대한 포괄적인 분석이 필요합니다.
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