Cyberagentur lässt sicheres Maschinelles Lernen erforschenBevor Maschinen überlistet werden

Die Agentur für Innovation in der Cybersicherheit GmbH (Cyberagentur) hat Anfang März 2023 eine Ausschreibung zum „Robusten und Sicheren Maschinellen Lernen“ (RSML) veröffentlicht. Ziel ist die Steigerung der Verlässlichkeit und Manipulationssicherheit verschiedener KI-Ansätze. Das mehrphasige Projekt soll während der fünfjährigen Laufzeit unterschiedliche Innovationsansätze vorantreiben. Mit RSML wird das größte Forschungsprojekt der Cyberagentur zur Sicherheit Künstlicher Intelligenz (KI) vor dem Hintergrund des rasant wachsenden Einsatzes von KI-Systemen in allen Bereichen von Gesellschaft bis Industrie ausgeschrieben.

In den vergangenen Jahren hat sich das Maschinelle Lernen (ML) in verschiedenen Ausprägungen angesichts stetig steigender Performance und zunehmender Vielseitigkeit zu einem maßgeblichen Analysewerkzeug für immer größere und komplexere Datenmodelle entwickelt. Als Beispiel sei hier die Bildererkennung beim autonomen Fahren genannt.

Ein grundlegendes Problem: Schon unscheinbare Änderungen an Verkehrsschildern können zu einer Fehlfunktion des Fahralgorithmus führen. Die Erforschung beweisbarer Sicherheit und deren Grenzen sowie inhärente Robustheit gegenüber solchen Angriffen steht dabei noch am Anfang. Größte Schwachstellen des maschinellen Lernens sind die große Abhängigkeit von Trainingsdaten und die Intransparenz der trainierten Modelle.

Dadurch führen unerwartete Eingaben mitunter zu unvorhergesehenen und schwer nachvollziehbaren – und im Einzelfall möglicherweise katastrophalen – Ergebnissen. Ein weiteres Beispiel findet sich in der aktuellen Diskussion um KI-Chatbots. Mittels manipulierter Befehle („Prompt Injection“) können Sprachmodelle nachweislich zu unbeabsichtigten und potenziell folgenschweren Aussagen verleitet werden.

Vor diesem Hintergrund wurde das neue Forschungsvorhaben von den Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern der Cyberagentur entwickelt. Ziel ist die Erforschung und Entwicklung neuer, potenziell bahnbrechender Ansätze zur Steigerung der Robustheit und Sicherheit verschiedener KI-Ansätze in den Domänen der inneren und äußeren Sicherheit. Für den fünf Phasen umfassenden Projektwettbewerb wurden fünf wesentliche Forschungsschwerpunkte herausgestellt:

• Datenabsicherung,
• Modellverifikation,
• Systemeinbettung,
• Hybridmodelle aus neuronalen und symbolischen Komponenten sowie
• Ende-zu-Ende-Verifikation.

Damit sollen Antworten auf einige der ungelösten Fragen im oft vernachlässigten Themenbereich Sicherheit für KI gefunden wird. Diese lauten beispielsweise:

• Wie und in welchem Umfang können Sicherheits- und Robustheitseigenschaften für spezifische Anwendungsdomänen und Systeme nachgewiesen werden?
• Wo liegen die Grenzen einer Nachweisbarkeit?
• Wie lassen sich Systeme mit wünschenswerten Sicherheitseigenschaften als Prototyp realisieren?

Gerade im Kontext der inneren und äußeren Sicherheit sowie bei kritischen Infrastrukturen ist die Nachweisbarkeit von Sicherheit und Robustheit von neuronalen KI-Systemen gegenüber gezielten Angriffen und manipulativen Inputs von entscheidender Bedeutung. Hier möchte die Cyberagentur angesichts der geopolitischen Situation mit staatlichen und nichtstaatlichen Akteuren, die technisch versiert und am neuesten wissenschaftlichen Stand orientiert sind, wirksame Forschung stimulieren.

Die im Fokus stehenden Systeme und Infrastrukturen werden zukünftig direkte Auswirkungen auf das Leben einer potenziell großen Anzahl von Menschen haben. Ein Maximum an Sicherheit beim Einsatz von Maschinellem Lernen ist in diesen Domänen daher unabdingbar. Die geplante Beauftragung soll dabei helfen, die wissenschaftlichen Grundlagen für dieses anzustrebende Maximum an Cybersicherheit von KI-Systemen zu schaffen und auszubauen.

In den fünf Jahren Projektlaufzeit soll sowohl Grundlagenforschung stattfinden als auch Prototypen entstehen. Um innovative Ansätze entlang der fünf Forschungsschwerpunkte für ein breites Spektrum an möglichen Zukunftsanwendungen zu realisieren, plant die Cyberagentur die parallele Beauftragung mehrerer Bieterinnen und Bieter bzw. Bietergemeinschaften. Im Rahmen des geplanten „Wettbewerbs der Ideen“ sollen die Ergebnisse phasenweise evaluiert und das Teilnehmerfeld schrittweise verkleinert werden.

Der überzeugendste Ansatz verbleibt bis zum Abschluss der letzten Phase im Wettbewerb. Dort erhalten die Teilnehmerinnen und Teilnehmer die Möglichkeit, entwickelte Artefakte im Rahmen einer realistischen Testumgebung zu erproben und evaluieren. Angebote abgeben können alle akademischen und außeruniversitären Forschungseinrichtungen, Industrieunternehmen und Startups.

Dr. Daniel Gille ist Leiter Sicherheit durch KI und Sicherheit für KI.

Die Ausschreibung wurde im Supplement zum Amtsblatt der Europäischen Union mit der Vergabenummer 2023/S 070-206022 veröffentlicht.