在AI和LLM架构中实现零信任：安全且负责任的AI系统实践指南

在AI和大型语言模型快速发展的背景下，安全不能再被视为事后的考虑。随着这些技术成为企业运营不可或缺的一部分，实施强有力的安全措施至关重要，然而，AI的安全超越了传统的网络安全实践——它还必须涵盖伦理考量和负责任的AI原则。

本指南为IT从业人员和决策者提供了一种在AI和LLM架构中应用零信任原则的综合方法，强调从基础层面融入伦理考量。

AI架构中安全与伦理的融合

近期出版的文献，如《架构与治理》中概述的AI伦理原则，凸显了人们日益认识到AI中的安全与伦理是密不可分的。伦理AI即是安全的AI，而安全的AI也必须是伦理的。这两个概念相辅相成，对于负责任的AI开发至关重要。

必须融入AI架构的基本伦理原则包括：

• 公平与非歧视

• 透明性与可解释性

• 隐私与数据保护

• 问责制与治理

• 以人为本与社会效益

这些原则不应被视为限制，而是增强AI系统安全性、可靠性和可信度的基本设计要素。

在AI中实施零信任：一种整体方法

零信任架构基于“永不信任，始终验证”的原则。当应用于AI系统时，这种方法必须涵盖传统的安全措施和伦理保障。让我们探讨如何在AI系统的不同方面实现这一目标。

安全且伦理的数据管道

任何AI系统的基础都是其数据。在数据管道中实施零信任涉及保护数据并确保其伦理使用。

保护训练数据的三种关键技术是差分隐私、同态加密和安全隔离区。

• 差分隐私通过在数据中添加受控噪声来保护隐私，同时保持数据的实用性。当处理个人隐私至关重要的庞大数据集时，这种技术非常有益。例如，在医疗AI应用中，差分隐私可以允许在患者数据上训练模型，而不会泄露单个患者的身份。

• 同态加密允许对加密数据进行计算，确保在处理过程中也能保护隐私。这种革命性的方法意味着数据在整个AI管道中，从数据摄入到模型训练和推理，都可以保持加密状态。虽然计算量大，但该领域的进展使其在实际应用中越来越实用。

• 安全隔离区为数据处理提供了一个受保护的环境，与系统其他部分隔离。像英特尔的软件保护扩展(SGX)这样的技术创建了可信的执行环境，可以在其中进行敏感计算，抵御系统中更广泛潜在威胁的侵害。

确保数据的公平性和代表性对于构建伦理AI系统至关重要。这需要对训练数据进行严格分析，以识别和减轻偏见。分层抽样和主动学习可以帮助创建更平衡和更具代表性的数据集。

此外，实施跟踪数据血缘和使用情况的数据治理框架至关重要。这不仅有助于遵守GDPR等法规，还能确保数据的使用符合其预期目的和伦理准则。

安全的模型训练和推理

保护模型训练和推理过程涉及技术安全措施和伦理考量。

联邦学习是一种强大的方法，它使数据保持分散。它在分布式数据集上训练模型，而无需集中数据。在数据隐私至关重要的场景(如医疗或金融)中，这种技术非常宝贵。

在联邦学习设置中，共享的是模型更新而不是原始数据，从而显著降低了隐私风险。然而，安全地实施联邦学习需要仔细考虑潜在的攻击，如模型反演或成员推理攻击。

将伦理约束直接融入模型训练过程对于开发负责任的AI至关重要。这可能涉及以下技术：

• 公平感知机器学习算法，在性能和公平性指标上均进行优化。

• 对抗性去偏技术，积极努力从模型预测中去除不想要的偏见。

• 正则化方法，对模型表现出偏见行为进行惩罚。

这些方法确保伦理考量从一开始就融入模型中，而不是作为事后的考虑。

安全且负责任的模型部署

安全且负责任地部署AI模型涉及实施强大的访问控制、持续监控和伦理护栏。

为模型访问实施基于属性的访问控制(ABAC)是零信任AI架构的关键组成部分。ABAC允许根据用户角色、数据敏感性和请求上下文等因素做出动态、基于风险的访问决策。

例如，数据科学家可能会在工作时间内从公司设备上获得运行模型推理的访问权限，但在工作时间外或从未知设备上可能会被拒绝访问。

实施伦理护栏确保AI模型在生产中表现负责任。这些系统可以：

• 监控模型输入和输出，以识别不当内容。

• 通过阻止或标记有问题的请求来执行伦理准则。

• 提供模型使用情况的审计轨迹，以符合合规性和治理要求。

通过实施此类护栏，企业可以确保其AI系统即使在与多样化的现实世界输入交互时也能保持与伦理原则的一致性。

持续监控和威胁检测

实施针对AI的威胁检测系统，不仅能够识别潜在的安全漏洞，还能检测伦理违规。

异常检测系统对于识别AI系统中的潜在安全威胁或伦理违规至关重要。这些系统可以：

• 监控输入数据，以防范潜在的对抗性攻击或数据投毒尝试。

• 分析模型输出，以识别意外或可能有害的响应。

• 跟踪性能指标，以检测模型漂移或性能下降。

先进的异常检测系统可能会采用隔离森林或自动编码器来识别AI数据中典型的高维空间中的异常值。

监控模型使用模式对于检测AI系统的潜在滥用或不道德应用至关重要。这涉及：

• 跟踪跨用户和应用程序的模型查询和使用模式。

• 分析模型交互的上下文和内容。

• 识别可能表明滥用的异常或可疑使用模式。

通过实施强大的监控和分析系统，企业可以确保其AI系统正按照预期和伦理准则使用。

负责任的AI：前进之路

在AI和LLM架构中实施零信任不仅关乎安全，还关乎构建负责任、伦理和可信赖的AI系统。通过将强大的安全措施与坚定的道德原则相结合，我们可以创建与社会价值和个人权利相一致的、能够抵御外部威胁的安全AI系统。

随着我们不断突破AI能力的边界，让我们记住，AI的真正创新不仅在于我们能够做什么，还在于我们应该做什么。AI的未来不仅在于其力量，更在于其原则。

对于踏上这一旅程的企业来说，前进的道路包括：

• 对当前的AI系统和实践进行全面评估。

• 制定一项综合战略，将安全和伦理考量融入其中。

• 投资支持安全和负责任AI的技术和工具。

• 在整个企业中培养负责任的AI开发文化。

• 持续监控、评估和改进AI系统和实践。

通过采取这些步骤，企业可以将自己定位为安全、伦理和负责任的AI开发的前沿——这是AI驱动未来中的关键竞争优势。