GradSafe: Detecting Unsafe Prompts for LLMs via Safety-Critical Gradient Analysis

1. 研究背景

大型语言模型（LLMs）在多个领域取得了显著进展，并被集成到各种应用中，如搜索引擎和办公应用。然而，不安全的用户提供的提示对LLMs的安全构成威胁，可能导致LLMs被滥用，产生非法或不期望的后果。尽管LLMs通常会进行与人类价值观对齐的训练，但它们仍然容易受到各种攻击的威胁。因此，开发精确检测不安全提示的方法是至关重要的。

2. 过去方案和缺点

现有的检测不安全提示的方法主要包括在线内容审核API和微调后的LLMs。这些策略通常需要广泛且资源密集的数据收集和训练过程。在线API工具主要设计用于检测一般毒性内容，对于识别不安全的提示效果不佳。零次推理（zero-shot）LLMs作为检测器通常表现不佳，例如高估安全风险。最近提出的微调LLMs（如Llama Guard）在检测任务中表现出增强的性能，但微调过程需要精心策划的数据集和大量训练，需要大量资源。

3. 本文方案和步骤

本文提出了GradSafe，一种通过分析LLMs中安全关键参数的梯度来有效检测不安全提示的方法。GradSafe基于一个关键观察：与合规响应（如“Sure”）配对的不安全提示的LLM损失的梯度在某些安全关键参数上表现出类似的模式，而安全提示导致的梯度模式则明显不同。GradSafe通过分析与合规响应配对的提示的梯度来准确检测不安全提示。GradSafe有两种变体：GradSafe-Zero和GradSafe-Adapt。

4. 本文创新点与贡献

• 提出了一个观察结果，即与合规响应配对的不安全提示产生的梯度在安全关键参数上显示出一致的模式。

• 提出了GradSafe-Zero和GradSafe-Adapt两种方法，它们通过安全关键梯度分析来检测不安全提示，无需对LLM进行进一步微调。

• 实验表明，GradSafe-Zero在两个基准数据集上的性能超过了最先进的检测模型和在线内容审核API，而GradSafe-Adapt在新数据集上展示了有效的适应能力。

5. 本文实验

实验使用了ToxicChat和XSTest两个数据集来评估GradSafe的性能，并与多个基线方法进行了比较。实验结果显示，GradSafe-Zero在没有进一步训练的情况下，其性能超过了专门针对LLMs进行微调的Llama Guard模型。

6. 实验结论

实验结果表明，GradSafe能够有效地检测不安全的提示，且在不同的数据集上都表现出色。GradSafe-Adapt在特定领域适应方面表现出色，证明了其在新数据集上的有效性。

7. 全文结论

本研究提出了GradSafe，这是一种新颖的不安全提示检测方法，通过分析LLMs的安全关键参数的梯度来识别不安全提示。与现有方法相比，GradSafe无需对LLM进行微调，能够高效地检测不安全提示，并且在特定领域的适应性上表现出色。未来的工作可以探索更精细的分类、扩展到更多的LLMs以及改进安全关键参数的选择。

阅读总结

本文介绍了GradSafe，这是一种新的检测LLMs不安全提示的方法，它通过分析模型的安全关键参数的梯度来识别不安全提示。GradSafe的提出解决了现有方法需要大量资源和数据的问题，提供了一种无需微调即可有效检测不安全提示的解决方案。实验结果证明了GradSafe在多个基准数据集上的有效性，特别是在适应新数据集方面的能力。GradSafe为未来的LLMs安全性研究提供了新的视角和方法。