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	<title>Oracle - RiskInsight</title>
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	<description>Le blog cybersécurité des consultants Wavestone</description>
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	<title>Oracle - RiskInsight</title>
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		<title>Sécuriser l&#8217;IA : Les Nouveaux Enjeux de Cybersécurité</title>
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		<dc:creator><![CDATA[Gérôme Billois]]></dc:creator>
		<pubDate>Wed, 13 Mar 2024 15:07:54 +0000</pubDate>
				<category><![CDATA[Challenges]]></category>
		<category><![CDATA[Cloud & Next-Gen IT Security]]></category>
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					<description><![CDATA[<p>L’utilisation des systèmes d’intelligence artificielle et des Large Langage Models (LLM) a explosé depuis 2023. Les entreprises, les cybercriminels, comme les particuliers commencent à les utiliser régulièrement. Cependant, comme toute nouvelle technologie, les IA ne sont pas sans risques. Pour...</p>
<p>Cet article <a href="https://www.riskinsight-wavestone.com/2024/03/securiser-lia-les-nouveaux-enjeux-de-cybersecurite/">Sécuriser l&rsquo;IA : Les Nouveaux Enjeux de Cybersécurité</a> est apparu en premier sur <a href="https://www.riskinsight-wavestone.com">RiskInsight</a>.</p>
]]></description>
										<content:encoded><![CDATA[
<p style="text-align: justify;">L’utilisation des systèmes d’intelligence artificielle et des Large Langage Models (LLM) a explosé depuis 2023. Les entreprises, les cybercriminels, comme les particuliers commencent à les utiliser régulièrement. Cependant, comme toute nouvelle technologie, les IA ne sont pas sans risques. Pour illustrer ces derniers, nous avons simulé deux attaques réalistes dans de précédents articles : <a href="https://www.riskinsight-wavestone.com/2023/06/attaquer-une-ia-un-exemple-concret/">Attaquer une IA ? Un exemple concret !</a> ou <a href="https://www.riskinsight-wavestone.com/2023/10/quand-les-mots-deviennent-des-armes-prompt-injection-et-intelligence-artificielle/">Quand les mots deviennent des armes : prompt injection</a>.</p>
<p style="text-align: justify;">Cet article vient dresser un panorama sur la <strong>menace liée à l’IA</strong> et les <strong>principaux mécanismes de défense</strong> afin de démocratiser leur utilisation.</p>
<p style="text-align: justify;">                      </p>
<h2 style="text-align: justify;"><span style="color: #55118a;">L&rsquo;IA introduit de nouvelles techniques d&rsquo;attaques, déjà largement exploitées par les Cybercriminels</span></h2>
<p style="text-align: justify;">Comme toute nouvelle technologie, l’IA introduit de nouvelles vulnérabilités et de nouveaux risques qu’il convient d’adresser en parallèle de son adoption. La surface d’attaque est grande : un acteur malveillant pourrait à la fois <strong>attaquer le modèle</strong> en lui-même (vol de modèle, reconstruction de modèle, détournement de l’usage initial) <strong>mais également ses</strong> <strong>données</strong> (extraire des données d’entraînement, modifier le comportement en ajoutant des fausses données, etc.).</p>
<p style="text-align: justify;">Le <a href="https://www.riskinsight-wavestone.com/2023/10/quand-les-mots-deviennent-des-armes-prompt-injection-et-intelligence-artificielle/"><em>Prompt injection</em></a> est sans conteste la technique dont on parle le plus. Elle permet à un attaquant de réaliser des actions indésirables au modèle, comme extraire des données sensibles, exécuter du code arbitraire ou générer du contenu offensant.</p>
<p style="text-align: justify;">Etant donné la variété grandissante des attaques sur les modèles d’IA, nous survolerons de manière non exhaustive les principales catégories :</p>
<h3 style="text-align: justify;"><span style="color: #527aa3;">Vol de données (impact sur la confidentialité)</span></h3>
<p style="text-align: justify;">Dès lors que des données servent à entraîner les modèles de <em>Machine Learning</em>, ces dernières peuvent être (partiellement) réutilisées pour répondre aux utilisateurs. Un modèle mal configuré peut alors être un peu trop verbeux, révélant involontairement des informations sensibles. Cette situation présente un risque de violation de la vie privée et d&rsquo;atteinte à la propriété intellectuelle.</p>
<p style="text-align: justify;">Et le risque est d&rsquo;autant plus grand que les modèles sont « sur-entraînés » sur des données spécifiques (« <em>overfitting »</em>). <strong>Les attaques par</strong> <strong>oracle</strong> se déroulent quand le modèle est en production, lorsque l’attaquant questionne le modèle pour exploiter ses réponses. Ces attaques peuvent prendre plusieurs formes :</p>
<ul style="text-align: justify;">
<li><strong>Extraction/vol de modèle : </strong>un attaquant peut extraire une copie fonctionnelle d’un modèle privé en s’en servant comme d’un oracle. En interrogeant à plusieurs reprises l’accès API du modèle <em>Machine Learning</em>, l’adversaire peut collecter les réponses de celui-ci. Ces réponses serviront d’étiquettes pour former un modèle distinct qui imitera le comportement et les performances du modèle cible.</li>
<li><strong>Membership inference attacks (attaque par inférence d’appartenance) : </strong>cette attaque vise à vérifier si une donnée spécifique a été utilisée durant l’entrainement d’un modèle d’IA. Les conséquences peuvent être très importantes, notamment pour les données de santé : imaginez pouvoir vérifier si un individu est atteint d’un cancer ou non ! Cette méthode a été utilisée par le <em>New York Times</em> afin de prouver que ses articles ont été utilisés pour entrainer ChatGPT<a href="#_ftn1" name="_ftnref1">[1]</a>.</li>
</ul>
<p style="text-align: justify;"> </p>
<h3 style="text-align: justify;"><span style="color: #527aa3;">Déstabilisation et atteinte à la réputation (impact sur l’intégrité)</span></h3>
<p style="text-align: justify;">La performance d’un modèle de <em>Machine Learning</em> repose sur la fiabilité et la qualité de ses données d’entrainement. <strong>Les attaques par</strong> <strong>poison</strong> visent à compromettre les données d’entrainement pour affecter la performance du modèle :</p>
<ul style="text-align: justify;">
<li><strong>Déformation de modèle</strong> : l&rsquo;attaque vise à manipuler délibérément un modèle durant l’apprentissage (soit à l’entraînement initial, soit après sa mise en production si le modèle continue à apprendre) afin d&rsquo;introduire des biais et orienter les prédictions du modèle. En conséquence, le modèle biaisé pourra favoriser certains groupes ou certaines caractéristiques, ou être orienté vers des prédictions malveillantes.</li>
</ul>
<ul style="text-align: justify;">
<li><strong><em>Backdoors</em></strong><strong> : </strong>un attaquant peut entrainer et diffuser un modèle corrompu contenant une porte dérobée. Un tel modèle fonctionne normalement jusqu’à un input contenant un trigger modifie son comportement. Ce trigger peut être un mot, une date ou une image. Par exemple, un système de classification de logiciel malveillant peut laisser passer un logiciel malveillant s’il voit un mot clé spécifique dans son nom ou à partir d’une date spécifique. Du code malveillant peut aussi être exécuté<a href="#_ftn2" name="_ftnref2">[2]</a> !</li>
</ul>
<p style="text-align: justify;">L’attaquant peut également rajouter un bruit soigneusement sélectionné pour tromper la prédiction d’un modèle sain. On parle d’exemple adversaire ou d’attaque par évasion :</p>
<ul style="text-align: justify;">
<li><strong>Attaque par évasion </strong>(<em>adversarial attack</em>)<strong>: </strong>cette attaque a pour objectif de faire générer au modèle une sortie non prévue par le concepteur (se tromper dans une prédiction ou provoquer un dysfonctionnement dans le modèle). Cela peut être fait en modifiant légèrement l’entrée pour éviter d’être détectée comme entrée malveillante. Par exemple :</li>
</ul>
<ul>
<li style="list-style-type: none;">
<ul style="text-align: justify;">
<li>Demander au modèle de décrire une image blanche qui contient un <em>prompt injection</em> caché, <a href="https://twitter.com/goodside/status/1713000581587976372">écrit blanc sur blanc dans l’image</a>.</li>
<li>Porter une paire de lunettes spécifique pour éviter d’être reconnu par un algorithme de reconnaissance faciale<a href="#_ftn3" name="_ftnref3">[3]</a></li>
<li>Ajouter un sticker quelconque sur un panneau « Stop » pour que le modèle reconnaisse un panneau de « Limitation de 45km/h »<a href="#_ftn4" name="_ftnref4">[4]</a></li>
</ul>
</li>
</ul>
<p> </p>
<h3 style="text-align: justify;"><span style="color: #527aa3;">Impact sur la disponibilité</span></h3>
<p style="text-align: justify;">Au-delà du vol de données et de l’impact sur l’image, les attaquants peuvent également entraver la disponibilité des systèmes d&rsquo;Intelligence Artificielle (IA). Ces tactiques ne visent pas seulement à rendre les données indisponibles, mais aussi à perturber le fonctionnement régulier des systèmes. On peut citer l’attaque par empoisonnement, qui aura pour impact de rendre indisponible le modèle le temps de le réentraîner (ce qui aura également un impact économique dû au coût de réentraînement du modèle). Voici un autre exemple d’attaque :</p>
<ul style="text-align: justify;">
<li><strong>Attaque par déni de service (DDOS) du modèle :</strong> comme toutes les autres applications, les modèles de <em>Machine Learning </em>sont sensibles aux attaques de déni de service qui peuvent entraver la disponibilité des systèmes. L’attaque peut combiner un nombre élevé de requêtes, tout en envoyant des requêtes très lourdes à traiter. Dans le cas des modèles de <em>Machine Learning</em>, les conséquences financières sont plus importantes car les tokens/prompts coûtent très cher (par exemple, ChatGPT n’est pas rentable malgré leurs 616 millions d’utilisateurs mensuels).</li>
</ul>
<p style="text-align: justify;"> </p>
<h2 style="text-align: justify;"><span style="color: #55118a;">Deux pistes pour sécuriser vos projets d’IA : adapter vos contrôles cyber existants, et développer les mesures spécifiques de <em>Machine Learning</em></span></h2>
<p style="text-align: justify;">Tout comme les projets en sécurité, une analyse de risque préalable est nécessaire afin d’implémenter les bons contrôles, tout en trouvant un compromis acceptable entre la sécurité et le fonctionnement du modèle. Pour ce faire, <strong>nos méthodes de risques traditionnelles doivent évoluer </strong>afin d’inclure les risques précédemment détaillés, qui ne sont pas bien couverts par les méthodes historiques.</p>
<p style="text-align: justify;">A la suite de ces analyses de risques, des mesures de sécurité devront être implémentées. <strong>Wavestone a recensé plus de 60 mesures différentes</strong>. Dans cette deuxième partie, nous vous présentons une petite sélection de ces mesures à implémenter selon la criticité de vos modèles.</p>
<p style="text-align: justify;"> </p>
<h3 style="text-align: justify;"><span style="color: #527aa3;">1.    Adapter les contrôles cyber aux modèles de <em>Machine Learning</em></span></h3>
<p style="text-align: justify;">La première ligne de défense correspond aux mesures applicatives, infrastructurelles et organisationnelles de base de la cybersécurité. L’objectif est d’adapter des exigences qu’on connait déjà, qui sont présentes dans les différentes politiques de sécurité, mais qui ne s’appliquent pas forcément de la même manière pour des projets d’IA. Il faut prendre en compte ces spécificités, parfois assez fines.</p>
<p style="text-align: justify;">L’exemple le plus parlant est celui de la réalisation de <strong>pentests IA</strong>. Les pentests classiques consistent à trouver une vulnérabilité pour rentrer dans le système d’information. Or, les modèles d’IA peuvent être attaqués sans rentrer dans le SI (comme les attaques par évasion et oracle). Les procédures de RedTeaming doivent évoluer pour traiter ces particularités, tout en faisant évoluer les mécanismes de détection et de réponse à incident afin de couvrir les nouvelles applications de l&rsquo;IA.</p>
<p style="text-align: justify;">Un autre exemple essentiel est celui de l’<strong>isolation des environnements d’IA</strong> utilisés tout au long du cycle de vie des modèles de <em>Machine Learning</em>. Cela permet de réduire les impacts d’une compromission en protégeant les modèles, les données d’entraînement et les résultats de prédiction.</p>
<p style="text-align: justify;">Il faut également évaluer les <strong>réglementations</strong> et les lois auxquelles l’application de <em>Machine Learning</em> doit se conformer et respecter les dernières lois en vigueur sur l’intelligence artificielle (<a href="https://eur-lex.europa.eu/legal-content/EN/TXT/?uri=celex%3A52021PC0206">IA Act</a> en Europe, par exemple).</p>
<p style="text-align: justify;">Et enfin, une mesure plus que classique : les <strong>campagnes de sensibilisation et de formation</strong>. Il faut s’assurer que les parties prenantes (chef de projet, développeurs, etc.) soient formés aux risques des systèmes d’IA et que les utilisateurs soient avertis de ces risques.</p>
<p style="text-align: justify;"> </p>
<h3 style="text-align: justify;"><span style="color: #527aa3;">2.    Les contrôles spécifiques pour protéger les modèles de <em>Machine Learning</em> sensibles</span></h3>
<p style="text-align: justify;">Au-delà des mesures classiques à adapter, des mesures spécifiques doivent être identifiées et appliquées.</p>
<h4 style="text-align: justify;"><span style="color: #c95181;">Pour vos projets les moins critiques, faites simple et implémentez la base</span></h4>
<p style="text-align: justify;"><strong><em>Poison control</em></strong><strong> : </strong>afin de se prémunir des attaques par empoisonnement, il faut détecter toute « fausse » donnée ayant pu être injectée par un attaquant. La mesure consiste à mettre en œuvre une analyse statistique exploratoire pour repérer les données empoisonnées (analyser la distribution des données et repérer les données absurdes par exemple). Cette étape peut être incluse dans le cycle de vie d’un modèle de <em>Machine Learning</em> pour automatiser les actions en aval. Cependant, une vérification humaine sera toujours nécessaire.</p>
<p style="text-align: justify;"><strong><em>Input control</em></strong> (analyser les entrées fournies par un utilisateur) : pour contrer les attaques par <em>prompt injection </em>et par évasion, les entrées de l’utilisateur sont analysées et filtrées pour bloquer toutes les entrées malveillantes. Nous pouvons penser à des règles basiques (bloquer les requêtes contenant un mot spécifique) comme des règles statistiques plus spécifiques (format, consistance, cohérence sémantique, bruit, etc.). Cependant, cette approche peut avoir un impact négatif sur la performance du modèle, car les faux-positifs seraient bloqués.</p>
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<p style="text-align: justify;"> </p>
<h4 style="text-align: justify;"><span style="color: #c95181;">Pour vos projets moyennement sensibles, viser un bon rapport investissement / couverture du risque</span></h4>
<p style="text-align: justify;">Des mesures, il y en a pléthores, et la <a href="https://www.enisa.europa.eu/publications/securing-machine-learning-algorithms">littérature</a> sur le sujet est très riche. En revanche, certaines mesures permettent de couvrir plusieurs risques à la fois. Il nous paraît intéressant de les considérer en premier.</p>
<p style="text-align: justify;"><strong><em>Transform inputs</em></strong> : une étape de transformation de l’entrée est rajoutée entre l’utilisateur et le modèle. L’objectif est double :</p>
<ol style="text-align: justify;">
<li>Supprimer ou modifier toute entrée malveillante en reformulant l’entrée ou en la tronquant par exemple. Une implémentation via des encodeurs est également possible (mais sera détaillée dans la partie d’après).</li>
<li>Réduire la visibilité de l’attaquant pour contrer les attaques par oracle (qui nécessite de connaitre précisément l’entrée et la sortie du modèle) en rajoutant un bruit aléatoire ou en reformulant le prompt par exemple.</li>
</ol>
<p style="text-align: justify;">Selon la méthode d’implémentation, des impacts sur la performance du modèle sont à prévoir.</p>
<p style="text-align: justify;"><strong><em>Supervise AI with AI models</em></strong> : tout modèle d’IA apprenant après sa mise en production doit faire l’objet d’une supervision spécifique dans des processus globaux de détection et de réponse aux incidents. Cela implique à la fois de collecter les journaux appropriés pour réaliser des investigations, mais également de surveiller la déviation statistique du modèle pour repérer toute dérive anormale. En d’autres termes, il s’agit d’évaluer dans le temps l’évolution de la qualité des prédictions. Le modèle Tay de Microsoft lancé sur Twitter en 2016 est un bon exemple d’un modèle qui a dérivé.</p>
<p style="text-align: justify;"><img decoding="async" class="aligncenter wp-image-22695" src="https://www.riskinsight-wavestone.com/wp-content/uploads/2024/03/Photo-2.png" alt="" width="700" height="193" srcset="https://www.riskinsight-wavestone.com/wp-content/uploads/2024/03/Photo-2.png 2404w, https://www.riskinsight-wavestone.com/wp-content/uploads/2024/03/Photo-2-437x120.png 437w, https://www.riskinsight-wavestone.com/wp-content/uploads/2024/03/Photo-2-71x20.png 71w, https://www.riskinsight-wavestone.com/wp-content/uploads/2024/03/Photo-2-768x211.png 768w, https://www.riskinsight-wavestone.com/wp-content/uploads/2024/03/Photo-2-1536x423.png 1536w, https://www.riskinsight-wavestone.com/wp-content/uploads/2024/03/Photo-2-2048x564.png 2048w" sizes="(max-width: 700px) 100vw, 700px" /></p>
<h4 style="text-align: justify;"><span style="color: #c95181;">Pour vos projets critiques, allez plus loin pour couvrir les risques spécifiques</span></h4>
<p style="text-align: justify;">Il y a des mesures qui nous paraissent très efficaces pour couvrir certains risques. Bien sûr, cela implique de faire une analyse de risques en amont. Voici deux exemples (parmi tant d’autres) :</p>
<p style="text-align: justify;"><strong><em>Randomized Smoothing</em></strong><strong> </strong>: une technique d’entrainement visant à renforcer la robustesse des prédictions d&rsquo;un modèle. Ce dernier est entraîné deux fois : une première fois avec les données d&rsquo;entraînement réelles, puis une seconde fois avec ces mêmes données altérées par du bruit. L&rsquo;objectif est d’avoir le même comportement, en présence d’un bruit dans l’entrée ou non. Cela limite ainsi les attaques par évasion, notamment pour les algorithmes de classification.</p>
<p style="text-align: justify;"><strong>Apprentissage par exemples contradictoires </strong><em>(adversarial learning)</em> : l’objectif est d’apprendre au modèle à reconnaitre une entrée malveillante pour le rendre plus robuste aux <em>Adversarial Attacks</em>. Concrètement, cela revient à labéliser des exemples contradictoires (soit une vraie entrée qui inclus une petite erreur / perturbation) comme des données malveillantes et à les ajouter durant la phase d’entraînement. En confrontant le modèle à ces attaques simulées, il apprend à reconnaître et à contrer les patterns malveillants. La mesure est très efficace mais elle implique un certain coût en ressources (phase d’entraînement plus longue) et peut avoir un impact sur la précision du modèle.</p>
<p style="text-align: justify;"><img decoding="async" class="aligncenter wp-image-22697" src="https://www.riskinsight-wavestone.com/wp-content/uploads/2024/03/Photo-3.png" alt="" width="700" height="192" srcset="https://www.riskinsight-wavestone.com/wp-content/uploads/2024/03/Photo-3.png 2417w, https://www.riskinsight-wavestone.com/wp-content/uploads/2024/03/Photo-3-437x120.png 437w, https://www.riskinsight-wavestone.com/wp-content/uploads/2024/03/Photo-3-71x19.png 71w, https://www.riskinsight-wavestone.com/wp-content/uploads/2024/03/Photo-3-768x210.png 768w, https://www.riskinsight-wavestone.com/wp-content/uploads/2024/03/Photo-3-1536x421.png 1536w, https://www.riskinsight-wavestone.com/wp-content/uploads/2024/03/Photo-3-2048x561.png 2048w" sizes="(max-width: 700px) 100vw, 700px" /></p>
<h2> </h2>
<h2 style="text-align: justify;"><span style="color: #55118a;">Les gardiens polyvalents – trois sentinelles de la sécurité en IA</span></h2>
<p style="text-align: justify;">Trois méthodes ressortent du lot par leur efficacité et leur capacité à mitiger plusieurs scénarios d’attaques simultanément : le <strong>GAN</strong> (<em>Generative Adversarial Network</em>), les <strong>filtres</strong> (encodeurs et auto-encodeurs qui sont des modèles de réseaux de neurones) et <strong>l’apprentissage fédéré</strong>.</p>
<h3 style="text-align: justify;"><span style="color: #527aa3;">Le GAN : le faussaire et le critique</span></h3>
<p style="text-align: justify;">Le GAN, ou Réseau Génératif Antagoniste (<em>« </em><em>Generative Adversarial Network »</em> en anglais), est une technique d’entraînement de modèle d’IA qui fonctionne comme un faussaire et un critique travaillant ensemble. Le faussaire, appelé le générateur, crée des « copies d’œuvres d&rsquo;art » (comme des images). Le critique, appelé le discriminateur, évalue ces œuvres pour identifier les fausses œuvres des vraies et donne des conseils au faussaire pour s&rsquo;améliorer. Les deux travaillent en tandem pour produire des œuvres de plus en plus réalistes jusqu’à ce que le critique n’arrive plus à identifier les fausses données des vraies.</p>
<p style="text-align: justify;">Un GAN peut aider à réduire la surface d’attaque sur deux façons :</p>
<ul style="text-align: justify;">
<li>Avec le <strong>générateur (le faussaire) </strong>pour éviter les fuites de données sensibles. Une nouvelle base de données d’entrainement fictive peut être générée, semblable à l’originale, mais ne contenant pas de données sensibles ou personnelles.</li>
<li>Avec le <strong>discriminateur (le critique) </strong>limite les attaques par évasion ou par empoisonnement en identifiant les données malveillantes. Le discriminateur compare les entrées d’un modèle avec ses données d’entrainement. Si elles sont trop différentes, alors l’entrée est classée comme malveillante. En pratique, il est capable de prédire si une entrée appartient aux données d’entraînement en lui associant un scope de vraisemblance.</li>
</ul>
<p style="text-align: justify;"> </p>
<h3 style="text-align: justify;"><span style="color: #527aa3;">Les auto-encodeurs : un algorithme d’apprentissage non supervisé pour filtrer les entrées et les sorties</span></h3>
<p style="text-align: justify;">Un auto-encodeur transforme une entrée dans une autre dimension, modifiant sa forme mais pas son essence. Pour prendre une analogie simplificatrice, c’est comme si le prompt était résumé et réécrit pour supprimer les éléments indésirables. En pratique, l’entrée est compressée par un encodeur supprimant ainsi le bruit (via une première couche du réseau de neurones), puis elle est reconstruite via un décodeur (via une deuxième couche). Ce modèle a deux utilisations :</p>
<ul style="text-align: justify;">
<li>Si un auto-encodeur est positionné <strong>en amont</strong> du modèle, il aura la capacité de transformer l’input avant qu’il ne soit traité par l’application, supprimant de potentielles charges malveillantes. De cette manière, il devient plus difficile pour un attaquant d’introduire des éléments permettant une attaque par évasion par exemple.</li>
<li>Nous pouvons utiliser ce même système en <strong>aval</strong> du modèle pour se protéger des attaques oracle (qui visent à extraire des informations sur les données ou le modèle en les interrogeant). Les sorties seront ainsi filtrées, réduisant la verbosité du modèle, c’est-à-dire en réduisant la quantité d’information en sortie du modèle.</li>
</ul>
<p style="text-align: justify;"> </p>
<h3 style="text-align: justify;"><span style="color: #527aa3;"><em>Federated Learning</em> : l’union fait la force</span></h3>
<p style="text-align: justify;">Lorsqu&rsquo;un modèle est déployé sur plusieurs appareils, une méthode d&rsquo;apprentissage délocalisée telle que l&rsquo;apprentissage fédéré peut être employée. Le principe : plusieurs modèles apprennent localement avec leurs propres données et ne remontent au système central que leurs apprentissages. Cela permet à plusieurs appareils de collaborer sans partager leurs données brutes. Cette technique permet de couvrir un grand nombre de risques cyber des applications basées sur des modèles d’intelligence artificielle :</p>
<ul style="text-align: justify;">
<li>La <strong>segmentation des bases de données d&rsquo;entraînement</strong> joue un rôle crucial dans la limitation des risques d&#8217;empoisonnement par <em>Backdoor</em> et par <em>Model Skewing</em>. Du fait que les données d&rsquo;entraînement sont spécifiques à chaque appareil, il devient extrêmement difficile pour un attaquant d&rsquo;injecter des données malveillantes de manière coordonnée, étant donné qu&rsquo;il n&rsquo;a pas accès à l&rsquo;ensemble global des données d&rsquo;entraînement. Cette même division limite les risques d’extraction de données.</li>
<li>Le processus d’apprentissage fédéré permet également de limiter les <strong>risques d’extraction de modèle</strong>. Le processus d’apprentissage rend extrêmement complexe le lien entre les données d’entraînement et le comportement du modèle, car celui-ci n’opère pas un apprentissage direct. Il devient alors difficile pour un attaquant de comprendre le lien entre les données d’entrée et les données de sorties.</li>
</ul>
<p> </p>
<p style="text-align: justify;">Ensemble, le GAN, les filtres (encodeurs et auto-encodeurs) et l&rsquo;apprentissage fédéré forment une bonne proposition de couverture de risque pour les projets de <em>Machine Learning</em> malgré la technicité de leur mise en œuvre. Ces gardiens polyvalents démontrent que l&rsquo;innovation et la collaboration sont les piliers d&rsquo;une défense robuste dans le paysage dynamique de l&rsquo;intelligence artificielle.</p>
<p style="text-align: justify;">Pour aller plus loin, Wavestone a rédigé pour l’ENISA un <a href="https://www.enisa.europa.eu/publications/securing-machine-learning-algorithms">guide pratique</a> pour sécuriser le déploiement d’apprentissage automatique dans lequel sont listés les différents contrôles de sécurité à établir.</p>
<p> </p>
<h2 style="text-align: justify;"><span style="color: #55118a;">En résumé</span></h2>
<p style="text-align: justify;">L’intelligence artificielle peut être compromise par des méthodes que l’on ne rencontrait pas usuellement sur nos systèmes d’information. Il n’existe pas de risque zéro : tout modèle est vulnérable. Pour mitiger ces nouveaux risques, des mécanismes de défense supplémentaires sont à prendre en main et à implémenter selon le niveau de criticité du projet. Un compromis devra alors être trouvé entre la sécurité et la performance du modèle.</p>
<p style="text-align: justify;">La sécurité de l’IA est un domaine très actif, des internautes de Reddit jusqu’aux travaux de recherche poussés sur la déviation de modèle par exemple. C’est pourquoi il est important d’organiser une veille organisationnelle et technique sur le sujet.</p>
<p> </p>
<p style="text-align: justify;"><a href="#_ftnref1" name="_ftn1">[1]</a> <a href="https://www.nytimes.com/2023/12/27/business/media/new-york-times-open-ai-microsoft-lawsuit.html">New York Times proved that their articles were in AI training data set</a></p>
<p style="text-align: justify;"><a href="#_ftnref2" name="_ftn2">[2]</a> <a href="https://www.clubic.com/actualite-520447-au-moins-une-centaine-de-modeles-d-ia-malveillants-seraient-heberges-par-la-plateforme-hugging-face.html">Au moins une centaine de modèles d&rsquo;IA malveillants seraient hébergés par la plateforme Hugging Face</a></p>
<p style="text-align: justify;"><a href="#_ftnref3" name="_ftn3">[3]</a> Sharif, M. et al. (2016). Accessorize to a crime: Real and stealthy attacks on state-of-the-art face recognition. ACM Conference on Computer and Communications Security (CCS)</p>
<p style="text-align: justify;"><a href="#_ftnref4" name="_ftn4">[4]</a> Eykholt, K. et al. (2018). Robust Physical-World Attacks on Deep Learning Visual Classification. CVPR. <a href="https://arxiv.org/pdf/1707.08945.pdf">https://arxiv.org/pdf/1707.08945.pdf</a></p>
<p style="text-align: justify;"> </p>
<p>Cet article <a href="https://www.riskinsight-wavestone.com/2024/03/securiser-lia-les-nouveaux-enjeux-de-cybersecurite/">Sécuriser l&rsquo;IA : Les Nouveaux Enjeux de Cybersécurité</a> est apparu en premier sur <a href="https://www.riskinsight-wavestone.com">RiskInsight</a>.</p>
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		<title>Attaquer une IA ? Un exemple concret !</title>
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		<dc:creator><![CDATA[Pierre Aubret]]></dc:creator>
		<pubDate>Fri, 30 Jun 2023 13:49:37 +0000</pubDate>
				<category><![CDATA[Cybersecurity & Digital Trust]]></category>
		<category><![CDATA[attaque]]></category>
		<category><![CDATA[évasion]]></category>
		<category><![CDATA[IA]]></category>
		<category><![CDATA[Oracle]]></category>
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					<description><![CDATA[<p>En 2023, l’Intelligence Artificielle a eu un retentissement médiatique sans comparaison dans son histoire. La cause ? ChatGPT, une intelligence artificielle générative capable de répondre à des questions avec une précision stupéfiante. Les perspectives générées sont multiples et dépassent actuellement l’entendement....</p>
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]]></description>
										<content:encoded><![CDATA[
<p style="text-align: justify;"><em>En 2023, l’Intelligence Artificielle a eu un retentissement médiatique sans comparaison dans son histoire. La cause ? ChatGPT, une intelligence artificielle générative capable de répondre à des questions avec une précision stupéfiante. Les perspectives générées sont multiples et dépassent actuellement l’entendement. A tel point que des acteurs du monde scientifique et industriel se mobilisent pour défendre l’idée qu’il est nécessaire de prendre six mois de pause en matière de recherche sur l’IA pour réfléchir aux transformations à venir au sein de la société. </em></p>
<p style="text-align: justify;"><em>Dans sa volonté d’accompagner la transformation digitale de ses clients en limitant les risques induits, la pratice Cybersécurité de Wavestone vous propose d’étudier ensemble comment il est possible de réaliser des attaques cyber sur un système d’IA et comment il est possible de s’en prémunir.</em></p>
<p> </p>
<h2 style="text-align: justify;">Attaquer un système d’IA interne ? (Notre RSSI nous déteste)</h2>
<h3 style="text-align: justify;">Démarche et objectifs</h3>
<p style="text-align: justify;">Comme le démontrent les récents travaux sur les systèmes d’IA<a href="#_ftn1" name="_ftnref1">[1]</a> de l’<a href="https://www.enisa.europa.eu/publications/securing-machine-learning-algorithms">ENISA</a><a href="#_ftn2" name="_ftnref2">[2]</a>, ou encore du <a href="https://csrc.nist.gov/publications/detail/white-paper/2023/03/08/adversarial-machine-learning-taxonomy-and-terminology/draft">NIST</a><a href="#_ftn3" name="_ftnref3">[3]</a>, l’IA est vulnérable à un certain nombre de menaces cyber. Ces menaces peuvent être génériques ou spécifiques et adressent globalement l’ensemble des systèmes d’IA basés sur le Machine Learning (ML).</p>
<figure id="attachment_20753" aria-describedby="caption-attachment-20753" style="width: 1076px" class="wp-caption aligncenter"><img loading="lazy" decoding="async" class="wp-image-20753 size-full" src="https://www.riskinsight-wavestone.com/wp-content/uploads/2023/06/Image1-1.png" alt="Différentes menaces auxquelles l'Intelligence Artificielle fait face : évasion, oracle, poisoning, ML failure or malfunction, model or data disclosure, compromise of ML application components" width="1076" height="522" srcset="https://www.riskinsight-wavestone.com/wp-content/uploads/2023/06/Image1-1.png 1076w, https://www.riskinsight-wavestone.com/wp-content/uploads/2023/06/Image1-1-394x191.png 394w, https://www.riskinsight-wavestone.com/wp-content/uploads/2023/06/Image1-1-71x34.png 71w, https://www.riskinsight-wavestone.com/wp-content/uploads/2023/06/Image1-1-768x373.png 768w" sizes="auto, (max-width: 1076px) 100vw, 1076px" /><figcaption id="caption-attachment-20753" class="wp-caption-text"><em>Différentes menaces auxquelles l&rsquo;Intelligence Artificielle fait face</em></figcaption></figure>
<p style="text-align: justify;">Pour vérifier la faisabilité de telles menaces, nous avons eu le souhait d’expérimenter les menaces spécifiques de l’Evasion et de l’Oracle sur une de nos applications internes à faible impact : Artistic, un outil de classification des tickets<a href="#_ftn4" name="_ftnref4">[4]</a> des collaborateurs à destination du support Informatique.</p>
<p style="text-align: justify;">Pour cela, nous nous sommes mis dans la peau d’un utilisateur malveillant qui, ayant connaissance que le traitement des tickets repose sur un algorithme d’Intelligence Artificielle, chercherait à mener des attaques de type Evasion ou Oracle.</p>
<p style="text-align: justify;">Evidemment, les impacts de telles attaques sont très faibles mais notre IA est un super terrain de jeu pour faire des expérimentations.</p>
<p style="text-align: justify;"> </p>
<h3 style="text-align: justify;">Présentation de l’application</h3>
<figure id="attachment_20755" aria-describedby="caption-attachment-20755" style="width: 859px" class="wp-caption aligncenter"><img loading="lazy" decoding="async" class="wp-image-20755 size-full" src="https://www.riskinsight-wavestone.com/wp-content/uploads/2023/06/Image2.png" alt="Présentation de l'application
Assister la direction des systèmes d'informations dans la catégorisation des tickets supports
Application sous modèle NLP
Prédiction d'une précision de 83%" width="859" height="578" srcset="https://www.riskinsight-wavestone.com/wp-content/uploads/2023/06/Image2.png 859w, https://www.riskinsight-wavestone.com/wp-content/uploads/2023/06/Image2-284x191.png 284w, https://www.riskinsight-wavestone.com/wp-content/uploads/2023/06/Image2-58x39.png 58w, https://www.riskinsight-wavestone.com/wp-content/uploads/2023/06/Image2-768x517.png 768w" sizes="auto, (max-width: 859px) 100vw, 859px" /><figcaption id="caption-attachment-20755" class="wp-caption-text"><em>Présentation de l&rsquo;application</em></figcaption></figure>
<h3 style="text-align: justify;">Architecture de l’application</h3>
<figure id="attachment_20757" aria-describedby="caption-attachment-20757" style="width: 819px" class="wp-caption aligncenter"><img loading="lazy" decoding="async" class="wp-image-20757 size-full" src="https://www.riskinsight-wavestone.com/wp-content/uploads/2023/06/Image3-1.png" alt="Architecture de l'application : machine virtuelle, artistic produit des prédictions en relayant des tickets avec la base de donnée" width="819" height="585" srcset="https://www.riskinsight-wavestone.com/wp-content/uploads/2023/06/Image3-1.png 819w, https://www.riskinsight-wavestone.com/wp-content/uploads/2023/06/Image3-1-267x191.png 267w, https://www.riskinsight-wavestone.com/wp-content/uploads/2023/06/Image3-1-55x39.png 55w, https://www.riskinsight-wavestone.com/wp-content/uploads/2023/06/Image3-1-768x549.png 768w" sizes="auto, (max-width: 819px) 100vw, 819px" /><figcaption id="caption-attachment-20757" class="wp-caption-text"><em>Architecture d&rsquo;Artistic</em></figcaption></figure>
<h2> </h2>
<h2 style="text-align: justify;">Attaque par évasion</h2>
<h3 style="text-align: justify;">Présentation de la démarche</h3>
<p style="text-align: justify;">Une attaque de type évasion consiste à détourner le fonctionnement de l’intelligence artificielle en lui fournissant des exemples contradictoires (également connus sous le nom de « adversarial example ») afin d’induire des prédictions erronées. Un exemple contradictoire est une instance d’un objet comportant des perturbations intentionnelles sur ses caractéristiques qui amènent un modèle d&rsquo;apprentissage automatique à faire une fausse prédiction. Ces perturbations peuvent passer facilement inaperçues pour un humain, telle qu’une faute de frappe sur un mot par exemple, et modifier radicalement les données de sortie du modèle.</p>
<p style="text-align: justify;">Dans le cadre de notre exemple, nous allons chercher à construire différents exemples contradictoires en utilisant trois techniques :</p>
<ul style="text-align: justify;">
<li><span style="color: #33cccc;">La suppression et le changement de caractères</span></li>
<li><span style="color: #ff0000;">Remplacements de mots en utilisant une technique dédiée (Embedding)</span></li>
<li><span style="color: #7030a0;">Le changement de la position des mots</span></li>
</ul>
<p style="text-align: justify;">Concrètement, ces exemples contradictoires dans notre cas d’usage sont des demandes écrites quelques peu modifiées (cf. l’exemple 1 ci-dessous) qui vont être formulées dans l’outil de ticketing Artistic.</p>
<p style="text-align: justify;">Pour ce faire, nous allons utiliser un outil dédié : TextAttack. TextAttack est un Framework Python permettant de réaliser des attaques par évasion (intéressant pour notre cas), d’entrainer un modèle de NLP avec des exemples contradictoires et faire de l&rsquo;augmentation de données dans le domaine du NLP.</p>
<h3 style="text-align: justify;">Résultats</h3>
<p style="text-align: justify;">Considérons une phrase classée correctement par notre Intelligence Artificielle avec une forte probabilité. Appliquons à présent le Framework TextAttack et utilisons le pour générer des exemples contradictoires basés sur notre phrase correctement classée.</p>
<figure id="attachment_20759" aria-describedby="caption-attachment-20759" style="width: 943px" class="wp-caption aligncenter"><img loading="lazy" decoding="async" class="wp-image-20759 size-full" src="https://www.riskinsight-wavestone.com/wp-content/uploads/2023/06/Image4-1.png" alt="Exemple de test" width="943" height="419" srcset="https://www.riskinsight-wavestone.com/wp-content/uploads/2023/06/Image4-1.png 943w, https://www.riskinsight-wavestone.com/wp-content/uploads/2023/06/Image4-1-430x191.png 430w, https://www.riskinsight-wavestone.com/wp-content/uploads/2023/06/Image4-1-71x32.png 71w, https://www.riskinsight-wavestone.com/wp-content/uploads/2023/06/Image4-1-768x341.png 768w" sizes="auto, (max-width: 943px) 100vw, 943px" /><figcaption id="caption-attachment-20759" class="wp-caption-text"><em>Exemple de test</em></figcaption></figure>
<p style="text-align: justify;">Nous observons ainsi que des phrases, qui restent (plus ou moins) compréhensibles à un opérateur, perturbent le fonctionnement de l’Intelligence Artificielle au point de mal les classifier. De plus, nous pouvons observer qu’avec une multitude d’exemples contradictoires créés, il est possible de remonter à toutes les catégories de classification et ce avec des taux de précision plus ou moins élevés.</p>
<p style="text-align: justify;">Par extension, sur des Intelligences Artificielles plus critiques, on relève de ces mauvaises prédictions plusieurs problèmes :</p>
<ul style="text-align: justify;">
<li>Des atteintes à la sécurité : le modèle en question est compromis et il devient possible aux attaquants d&rsquo;obtenir des prédications erronées ;</li>
<li>Une confiance moindre aux systèmes d’IA : une telle attaque diminue la confiance en l’IA et le choix d&rsquo;adoption de tels modèles, remettant en cause le potentiel d’une telle technologie.</li>
</ul>
<p style="text-align: justify;">Toutefois, d’après l’ENISA, quelques mesures peuvent être implémentées pour nous prémunir de ce genre d’attaques :</p>
<ul style="text-align: justify;">
<li>Définir un modèle plus robuste aux attaques par évasion. Le système d’IA d’Artistic est particulièrement peu robuste à ces attaques et a un fonctionnement très basique (comme nous le verrons par la suite). Un modèle autre modèle aurait certainement été plus résistant aux attaques par évasion.</li>
<li>Faire de l’adversarial training lors de la phase d’apprentissage du modèle. Cela consiste à ajouter des exemples d’attaques dans les données d’entraînement afin que le modèle améliore sa capacité à classifier correctement des données « étranges ».</li>
<li>Mettre en place des contrôles sur les données en entrée du modèle pour assurer de la « qualité » des mots saisis par exemple.</li>
</ul>
<p> </p>
<h2 style="text-align: justify;">Attaque de type Oracle</h2>
<h3 style="text-align: justify;">Définition</h3>
<p style="text-align: justify;">Les attaques de type Oracle consistent à étudier des modèles d’IA et tenter d&rsquo;obtenir des informations sur le modèle en interagissant avec ces derniers par le biais de requête. Contrairement aux attaques par évasion, qui visent à manipuler les données d&rsquo;entrée d&rsquo;un modèle d&rsquo;IA, les attaques par Oracle tentent d&rsquo;extraire des informations sensibles sur le modèle lui-même et sur les données qu’il a manipulées (ayant servi à l’apprentissage par exemple).</p>
<p style="text-align: justify;">Dans notre cas d’usage, nous cherchons simplement à comprendre le fonctionnement du modèle. Pour ce faire, nous avons cherché à comprendre le comportement du modèle en analysant les couples entrées-sorties fournis grâce à nos exemples contradictoires.</p>
<h3 style="text-align: justify;">Résultats</h3>
<figure id="attachment_20761" aria-describedby="caption-attachment-20761" style="width: 942px" class="wp-caption aligncenter"><img loading="lazy" decoding="async" class="wp-image-20761 size-full" src="https://www.riskinsight-wavestone.com/wp-content/uploads/2023/06/Image5-1.png" alt="Exemple de test" width="942" height="288" srcset="https://www.riskinsight-wavestone.com/wp-content/uploads/2023/06/Image5-1.png 942w, https://www.riskinsight-wavestone.com/wp-content/uploads/2023/06/Image5-1-437x134.png 437w, https://www.riskinsight-wavestone.com/wp-content/uploads/2023/06/Image5-1-71x22.png 71w, https://www.riskinsight-wavestone.com/wp-content/uploads/2023/06/Image5-1-768x235.png 768w" sizes="auto, (max-width: 942px) 100vw, 942px" /><figcaption id="caption-attachment-20761" class="wp-caption-text"><em>Exemple de test</em></figcaption></figure>
<p style="text-align: justify;">En passant par plusieurs essais, l’attaquant peut être capable de déceler la sensibilité du modèle aux changements sur les données d’entrée. Grace à l’exemple ci-dessus, nous observons que l’algorithme utilisé par l’application prédit la classe d’un message en attribuant un score à chaque mot puis détermine la catégorie. En analysant ces résultats divers, l&rsquo;attaquant peut être en mesure de déduire les vulnérabilités du modèle aux attaques par évasion.</p>
<p style="text-align: justify;">Par extension, sur des Intelligences Artificielles plus critiques, les attaques de type Oracle posent plusieurs problèmes :</p>
<ul style="text-align: justify;">
<li>Atteinte à la propriété intellectuelle : comme mentionné, l’attaque de type Oracle peut permettre le vol de l&rsquo;architecture du modèle, les hyperparamètres, etc. De telles informations peuvent servir pour créer une réplique du modèle.</li>
<li>Atteintes à la confidentialité des données d’entraînement : cette attaque peut permettre de révéler des informations sensibles sur les données d’entrainement utilisées pour former le modèle, et qui peuvent être confidentielles.</li>
</ul>
<p style="text-align: justify;">Quelques mesures auraient pu être implémentées pour nous prémunir de ce genre d’attaques :</p>
<ul style="text-align: justify;">
<li>Définir un modèle plus robuste aux attaques de type Oracle. Le système d’IA d’Artistic est très basique et est très facile à comprendre.</li>
<li>[Pour les IA de manière plus large] S’assurer que le modèle respecte la confidentialité différentielle. La confidentialité différentielle est une définition extrêmement forte de la confidentialité qui garantit une limite à ce qu&rsquo;un attaquant ayant accès aux résultats de l&rsquo;algorithme peut apprendre sur chaque enregistrement individuel de l&rsquo;ensemble de données.</li>
</ul>
<p> </p>
<h2 style="text-align: justify;">S’emparer du sujet aujourd’hui dans votre organisation</h2>
<p style="text-align: justify;">Nous observons que même sans connaître précisément les paramètres d’un modèle d’Intelligence Artificielle, il est relativement aisé de mener des attaques de type Evasion ou Oracle.</p>
<p style="text-align: justify;">Dans notre cas d’usage, les impacts sont limités. Toutefois, les conséquences d’une attaque par évasion sur un véhicule autonome ou encore d’une attaque de type Oracle sur un modèle utilisé avec des données de santé sont largement plus graves pour les individus : dégâts physiques dans un cas et atteinte à la vie privée dans l’autre.</p>
<p style="text-align: justify;">Plusieurs de nos clients commencent d’ores et déjà à déployer des premières mesures pour faire face aux risques cyber induits par l’utilisation de système d’IA. Ils font notamment évoluer leur méthodologie d’analyse de risques afin de prendre en compte les menaces montrées ci-dessus et surtout ils mettent en place des contres mesures, lorsque celles-ci sont pertinentes au regard des risques, venant des guides de sécurisation tels que ceux proposés par l’ENISA ou le NIST.</p>
<p> </p>
<p> </p>
<p style="text-align: justify;"> </p>
<p style="text-align: justify;"><a href="#_ftnref1" name="_ftn1">[1]</a> Un système d’intelligence artificielle, dans la proposition législative de l’AI Act, est défini de la façon suivante : « <em>un logiciel développé à l’aide d’une ou plusieurs des techniques et approches énumérées à l’annexe I de la proposition et capable, pour un ensemble donné d’objectifs définis par l’homme, de générer des résultats tels que des contenus, des prédictions, des recommandations ou des décisions influençant les environnements avec lesquels ils interagissent.</em> » Dans notre article, nous considérons que les systèmes d’IA ont été entraînés via le Machine Learning, comme cela est généralement le cas sur les cas d’usage modernes tels que ChatGPT.</p>
<p style="text-align: justify;"><a href="#_ftnref2" name="_ftn2">[2]</a> <a href="https://www.enisa.europa.eu/publications/securing-machine-learning-algorithms">https://www.enisa.europa.eu/publications/securing-machine-learning-algorithms</a></p>
<p style="text-align: justify;"><a href="#_ftnref3" name="_ftn3">[3]</a> <a href="https://csrc.nist.gov/publications/detail/white-paper/2023/03/08/adversarial-machine-learning-taxonomy-and-terminology/draft">https://csrc.nist.gov/publications/detail/white-paper/2023/03/08/adversarial-machine-learning-taxonomy-and-terminology/draft</a></p>
<p style="text-align: justify;"><a href="#_ftnref4" name="_ftn4">[4]</a> Un ticket représente une suite de mots (autrement dit, une phrase) dans laquelle le collaborateur exprime son besoin.</p>
<p>Cet article <a href="https://www.riskinsight-wavestone.com/2023/06/attaquer-une-ia-un-exemple-concret/">Attaquer une IA ? Un exemple concret !</a> est apparu en premier sur <a href="https://www.riskinsight-wavestone.com">RiskInsight</a>.</p>
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