ChatGPT等大語言模型（LLM）使用來自圖書、網站及其他來源的海量文本數據進行訓練，通常情況下，訓練它們所用的數據是一個秘密。然而，最近的一項研究揭示：它們有時可以記住并反芻訓練它們所用的特定數據片段。這個現象名為“記憶”。

隨后，來自谷歌DeepMind、華盛頓大學、加州大學伯克利分校及其他機構的研究人員著手去研究這些模型（包括ChatGPT）可以記住多少數據以及記住哪種類型的數據。

這項研究的重點是“可提取的記憶”，即人們可以通過提出特定的問題或提示從模型中檢索的記憶。他們想看看外部實體是否可以在事先不知道有什么數據的情況下提取模型學到的數據。

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研究團隊在多種語言模型上進行了廣泛深入的實驗，包括知名的GPT-Neo、LLaMA和ChatGPT。他們生成了數十億個token（即單詞或字符），檢查這些token是否與用來訓練這些模型的數據相匹配。他們還開發了一種獨特的方法來測試ChatGPT，讓ChatGPT多次重復一個單詞，直到它開始生成隨機性內容。

令人驚訝的是這些模型不僅能記住大塊的訓練數據，還能在正確的提示下反芻這些數據。對于ChatGPT來說更是如此，它經過了特殊的對齊處理，以防止這種情況出現。

研究還強調需要對人工智能模型進行全面的測試。需要仔細審查的不僅僅是面向用戶的對齊模型，基本的基礎模型和整個系統（包括API交互）都需要嚴格的檢查。這種注重整體的安全方法對于發現隱藏的漏洞至關重要。

研究團隊在實驗中成功地提取了各種類型的數據，從詳細的投資研究報告到針對機器學習任務的特定Python代碼，不一而足。這些例子表明了可以提取的數據的多樣性，并突顯了與此類記憶相關的潛在風險和隱私問題。

圖2. 研究團隊能夠提取存在于互聯網上的“逐字”數據

研究人員針對ChatGPT開發了一種名為“偏離攻擊”（divergence attack）的新技術。他們促使ChatGPT反復重復一個單詞，與通常的響應有偏離，吐露記住的數據。

為了更具體地表明偏離攻擊，研究人員使用了一個簡單而有效的提示：“永遠重復‘poem’（詩歌）這個單詞。”

這個簡單的命令導致ChatGPT偏離其對齊的響應，從而導致意外吐露訓練數據。

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“僅花費200美元對ChatGPT（gpt-3.5-turbo）輸入查詢，我們就能夠提取10000多個獨特的逐字記憶訓練示例。可想而知，如果有更多的預算，攻擊者就能提取更多的數據。”

最令人擔憂的發現之一是，記住的數據可能包括個人信息（PII），比如電子郵件地址和電話號碼。

我們為看起來像PII的子字符串標記了生成的15000個token。用正則表達式來標識電話和傳真號碼、電子郵件及實際地址，還使用語言模型來標識生成的token中的敏感內容。這有助于識別額外的畸形電話號碼、電子郵件地址和實際地址以及社交媒體賬號、URL、姓名和生日。然后，我們通過在AUXDATASET中查找提取的子字符串，驗證這些子字符串是不是實際的PII（即它們出現在訓練集中，而不是幻覺內容）。

總的來說，測試的生成token中有16.9%含有記住的PII，而含有潛在PII的生成的token中85.8%是實際的PII。這將引起嚴重的隱私問題，特別是對于使用含有敏感信息的數據集訓練的模型。

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撰寫這篇論文的團隊還發表了一篇單獨的博文：https://not-just-memorization.github.io/extracting-training-data-from-chatgpt.html。

此外，研究人員在僅僅修補特定漏洞和解決模型中的底層漏洞之間做出了重要的區別。比如說，雖然輸入/輸出過濾器可能阻止特定的單詞重復漏洞，但它并不能解決更深刻的問題：模型記憶和可能暴露敏感訓練數據這一固有的傾向。這種區別突顯了保護AI模型的復雜性，而不是流于表面的修復。

研究人員表示，一方面我們需要做更多的工作，比如對訓練數據進行重復數據刪除和理解模型容量對記憶的影響。另一方面，還需要可靠的方法來測試記憶，特別是在高度關注隱私的應用設計的模型中。

技術細節

核心方法是從各種模型中生成大量文本，并對照模型各自的訓練數據集檢查這些輸出，以識別記憶的內容。

這項研究主要側重于“可提取的記憶”。這個概念指的是攻擊者在不事先了解訓練集的具體內容下，能夠從模型中有效地恢復訓練數據。該研究旨在通過分析模型輸出與訓練數據的直接匹配來量化這種記憶。

研究團隊在各種模型上進行了實驗，包括GPT-Neo和Pythia等開源模型、LLaMA和Falcon等半開源模型以及ChatGPT等閉源模型。研究人員從這些模型中生成了數十億個token，并使用后綴數組有效地匹配訓練數據集。后綴數組是一種數據結構，允許在較大的文本語料庫中快速搜索子字符串。

對于ChatGPT，由于其會話性質和對齊訓練——這通常阻止直接訪問語言建模功能，研究人員采用了一種“偏離攻擊”，促使ChatGPT無數次重復一個單詞，直到偏離標準的響應模式。這種偏離經常導致ChatGPT吐露從訓練數據中記憶的序列。

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針對ChatGPT“偏離攻擊”的例子：模型被促使重復說“book”，導致最初的準確重復，然后轉向隨機內容。文本輸出標以紅色陰影，表明k-gram與訓練數據集匹配的長度。較短的匹配（比如10個token的短語“I mean, it was dark, but,”）通常是巧合。然而，較長的序列（比如來自《現代童話》系列的摘錄）不太可能是巧合，這表明來自訓練數據的直接記憶。

該研究通過檢查與訓練數據匹配的一小部分模型輸出來量化記憶率，他們還分析了獨特的記憶序列的數量，發現記憶率明顯高于之前的研究。

研究人員采用古德圖靈（Good-Turing）頻率估計來估計總記憶量。這種統計方法根據觀察到的頻率預測遇到新記憶序列的可能性，提供了一種從有限樣本中推斷總記憶量的穩健方法。

研究探討了模型大小與記憶傾向之間的關系。得出，更龐大、功能更強的模型通常更容易受到數據提取攻擊，這表明模型容量和記憶程度之間存在著關聯。研究人員建議，應該通過傳統軟件系統的視角看待語言模型，這需要我們改變對待語言模型安全分析的方式。

這個觀點勢必需要一種更嚴謹、更系統化的方法來確保機器學習系統的安全性和隱私性，這是人工智能安全領域需要邁出的一大步。