A model of ensuring LLM cybersecurity

Abstract

The subject of study is a model for ensuring cybersecurity of Large Language Models (LLM). The goal of this study is to develop and analyze the components of the LLM cybersecurity model to improve its assessment accuracy and ensure the required security level. Tasks: the abstract structure of LLM systems should be suggested and analyzed; a common model of cybersecurity of LLM systems (LLMS) should be built; a cybersecurity model of LLM as a main component of LLMS should be developed; the elements of the developed cybersecurity model should be analyzed; potential case studies should be described and an example of risk criticality analysis for one of the threats of the LLM should be provided; the directions of future research should be substantiated on the identification, classification, criticality analysis, and collection of exploits to test the stability of LLM. The research results: the basic high-level architecture of LLMS, which consists of external sources, the LLM service, server functions, and storage environments, is developed; a common LLM cybersecurity model was built based on this architecture; the cybersecurity model was developed, which is an independent component of the overall cybersecurity model of LLMS and is based on a chain of the following elements: threat, vulnerability, attack, risks, and countermeasures; in addition, an analysis of the elements of the LLM cybersecurity model is conducted, and a sequence of countermeasures is proposed. Conclusions. This study determines that improving the cybersecurity of LLM is an important and urgent task, given the widespread use of these models in many areas of human life. The importance of developing an LLM cybersecurity model is that it is the baseline for all subsequent research. The practical significance of analyzing the model’s elements lies in using them to conduct experiments to simulate cyber attacks on LLM. The main contributions of this study are the LLM and LLMS cybersecurity models, the formalization of the results of these experiments, an assessment of the criticality level for cyber risks of the models, and the choice of countermeasures based on the coefficient of their effectiveness. In this case, ensuring an acceptable risk level for LLM is possible at a minimal cost. Areas for further research: definition and classification of exploits to test LLM security; methodology for collecting these exploits; analysis of the criticality of the damage they cause for various applications.

Предметом дослідження є модель забезпечення кібербезпеки великих мовних моделей (LLM). Метою цього дослідження є розробка та аналіз компонентів моделі кібербезпеки LLM з метою підвищення точності її оцінки та забезпечення необхідного рівня безпеки. Завдання: представити і проаналізувати абстрактну структуру систем LLM; побудувати загальну модель кібербезпеки систем LLM (LLMS); розробити модель кібербезпеки LLM як основного компонента LLMS; проаналізувати елементи розробленої моделі кібербезпеки; описати можливі приклади використання та навести приклад аналізу критичності ризиків для однієї з загроз LLM; обґрунтувати напрями майбутніх досліджень щодо визначення, класифікації, аналізу критичності та колекціонування експлойтів для перевірки стійкості LLM. Результати дослідження: розроблено базову високорівневу архітектуру LLMS, яка складається із зовнішніх джерел, сервісу LLM, серверних функцій та середовищ зберігання; на основі цієї архітектури побудовано загальну модель кібербезпеки LLM; зосереджуючись безпосередньо на LLM, розроблено її модель кібербезпеки, яка є незалежним компонентом загальної моделі кібербезпеки LLMS та базується на ланцюжку наступних елементів: загроза, вразливість, атака, ризики та контрзаходи; крім того, проведено аналіз елементів моделі кібербезпеки LLM та запропоновано послідовність вибору контрзаходів. Висновки. Це дослідження визначає, що покращення кібербезпеки LLM є важливим та актуальним завданням, враховуючи широке використання цих моделей у багатьох сферах людського життя. Важливість розробки моделі кібербезпеки LLM полягає в тому, що вона є базовою для всіх наступних досліджень. Практичне значення аналізу елементів моделі полягає у їх використанні для проведення експериментів з моделювання кібератак на LLM. Основним внеском даного дослідження є моделі кібербезпеки LLM та LLMS та формалізація результатів цих експериментів та оцінка рівня критичності для кібер ризиків моделей та вибір контрзаходів на основі коефіцієнта їх ефективності. У цьому випадку забезпечення прийнятного рівня ризику для LLM можливе за мінімальних витрат. Напрями подальших досліджень: визначення та класифікація експлойтів для перевірки безпеки LLM; методологія збору цих експлойтів; аналіз критичності завданої ними шкоди для різних застосувань.