要上天？Google的人工智能可以自己發(fā)明加密算法

聽(tīng)音辯形，下棋玩游戲什么的已經(jīng)out了，現(xiàn)在Google Brain團(tuán)隊(duì)完成了一項(xiàng)新的研究成果叫做《用對(duì)抗神經(jīng)密碼術(shù)學(xué)習(xí)安全通信》，創(chuàng)造出了2個(gè)能夠自行演進(jìn)出加密算法的人工智能，從而避免其溝通信息被第3個(gè)在自我演進(jìn)破解算法的AI偵聽(tīng)——這是全世界從零開(kāi)始學(xué)會(huì)安全通信的頭兩個(gè)AI。

加密系統(tǒng)架構(gòu)：P =輸入的明文，K =共享密匙，C =加密文本，PEve和PBob 為經(jīng)過(guò)計(jì)算后得出的明文輸出。

Google Brain團(tuán)隊(duì)的總部位于加州芒廷維尤城，是Google最初進(jìn)行人工智能研究的團(tuán)隊(duì)，獨(dú)立于設(shè)在倫敦的Deep Mind，它最初設(shè)計(jì)了三個(gè)相當(dāng)普通的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)：Alice、 Bob和Eve。每個(gè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)都被賦予了一個(gè)非常明確的任務(wù)：Alice的任務(wù)是向Bob發(fā)送保密信息，Bob的任務(wù)是解譯這個(gè)信息，而Eve的任務(wù)則是竊聽(tīng)這個(gè)信息并嘗試對(duì)其進(jìn)行破譯。相對(duì)于Eve，Alice和Bob有一個(gè)優(yōu)勢(shì)，即它們擁有一個(gè)共享密鑰（也就是對(duì)稱加密）。

重要的是，所有的AI事先既都不知道如何進(jìn)行加密，也不知道使用什么樣的加密技術(shù)，它們的起點(diǎn)只是一個(gè)損失函數(shù)（一種衡量損失和錯(cuò)誤程度的函數(shù)），通過(guò)該損失函數(shù)來(lái)判斷自己做得如何，然后不斷演進(jìn)出正確的辦法。對(duì)于Eve來(lái)說(shuō)，它的損失函數(shù)很簡(jiǎn)單，那就是：距離，或者說(shuō)相似度，這是通過(guò)將Alice的原始明文與Eve猜測(cè)的明文逐位進(jìn)行比較計(jì)算出差別來(lái)衡量的。距離越小說(shuō)明相似度越高，距離為0則說(shuō)明猜中。

而Alice和Bob的損失函數(shù)則要復(fù)雜一點(diǎn)：如果Bob的猜測(cè)距離原始輸入明文太遠(yuǎn)（同樣是通過(guò)位差異衡量）則為損失；而對(duì)Alice來(lái)說(shuō)，如果Eve的猜測(cè)比隨便亂猜的結(jié)果好，那就是損失。由此就建立了一個(gè)生成式對(duì)抗網(wǎng)絡(luò)（GAN）。

雖然Alice、Bob和Eve都共享了相同的“組合與轉(zhuǎn)換”神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，但是它們的初始化都是獨(dú)立進(jìn)行的，除了Alice和Bob采用相同密鑰以外，相互之間并沒(méi)有聯(lián)系。對(duì)于Alice來(lái)說(shuō)，密鑰和明文是其第一層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入，對(duì)于Bob來(lái)說(shuō)密鑰和密文是輸入，而Eve只拿到了密文。

由于第一層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是全連接的，所以文本和密鑰可以混合。第1層之后是若干的卷積層，這些層會(huì)學(xué)習(xí)利用函數(shù)來(lái)處理上一層交給自己的那些字位。至于這個(gè)函數(shù)是什么它們并不知道的，僅是不斷地進(jìn)行學(xué)習(xí)和改進(jìn)。對(duì)于Alice來(lái)說(shuō)，最后一層輸出的就是密文，而Bob和Eve則輸出明文——最后是無(wú)“損失”的明文。

結(jié)果……好壞參半。一些情況下的運(yùn)行屬于徹底失敗，Bob從未重構(gòu)出Alice的消息。不過(guò)大部分時(shí)間當(dāng)中，Alice和Bob的確設(shè)法改進(jìn)了系統(tǒng)，在這個(gè)系統(tǒng)中它們的通訊幾乎沒(méi)有什么錯(cuò)誤。而在部分測(cè)試中，Eve也顯示出了一些比隨機(jī)猜測(cè)更好的改進(jìn)，但是Alice和Bob隨后改進(jìn)了自己的加密技術(shù)，令Eve無(wú)機(jī)可乘（如上圖所示）。

關(guān)于Alice和Bob設(shè)計(jì)的是什么加密算法，研究人員并沒(méi)有進(jìn)行詳細(xì)分析，但是他們?cè)谝淮斡?xùn)練中觀察到這種加密法與明文和密鑰都有關(guān)系。他們表示：

“這種關(guān)系并不是簡(jiǎn)單的XOR（異或），特別是，輸出值常常為浮點(diǎn)數(shù)而不是0或1?！毖芯咳藛TMartín Abadi 和David G. Andersen最后得出的結(jié)論是，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的確可以學(xué)習(xí)保護(hù)自身的通信，而且只要告訴Alice評(píng)估安全高于一切即可，更重要的是，這種保密可以在不需要告訴具體采用什么樣的加密算法的情況下實(shí)現(xiàn)。

除了數(shù)據(jù)的對(duì)稱加密，密碼學(xué)還有很多東西。研究人員表示，未來(lái)還將研究“隱寫術(shù)”（將數(shù)據(jù)隱藏在其他媒體如圖像當(dāng)中的加密法）以及非對(duì)稱（公鑰）加密。對(duì)于Eve是否有可能一直充當(dāng)一個(gè)優(yōu)秀對(duì)手，研究人員認(rèn)為：

“雖然神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)成為密碼分析專家的可能性不大，但是用來(lái)進(jìn)行元數(shù)據(jù)和流量分析卻是非常有效的?！备信d趣的可以在arXiv 上查看GoogleBrain團(tuán)隊(duì)的這篇論文。

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