MLSecOps: Protecting the AI/ML Lifecycle in telecom

MLSecOps: Protecting the AI/ML Lifecycle in telecom

El análisis de seguridad propuesto en el documento aborda los desafíos y riesgos asociados con el ciclo de desarrollo de IA/ML, proponiendo la adopción de MLSecOps (Operaciones de Seguridad de Aprendizaje Automático) para mitigar estos riesgos. Si bien MLOps se centra en automatizar y optimizar el desarrollo, implementación y ejecución de modelos de ML, puede introducir vulnerabilidades de seguridad si no se asegura correctamente. El documento destaca dos áreas principales de preocupación: seguridad de la cadena de suministro y seguridad del entrenamiento/inferencia del modelo. Los riesgos de seguridad de la cadena de suministro incluyen vulnerabilidades en software de código abierto o comercial, hardware, fuentes de datos y redes de comunicación utilizadas en el pipeline de ML. Los riesgos de seguridad del entrenamiento e inferencia del modelo involucran acceso no autorizado, envenenamiento de datos, envenenamiento del modelo y ataques adversariales, que pueden conducir a una precisión reducida del modelo, evasión de ciertas respuestas o extracción de datos sensibles. Para abordar estos desafíos, se sugiere implementar controles de seguridad bien definidos e integrar medidas de seguridad automatizadas en los modelos de ML desde las primeras etapas de desarrollo. MLSecOps extiende MLOps al incorporar prácticas de seguridad a lo largo del ciclo de vida de IA/ML, asegurando que los sistemas sean seguros por diseño, por defecto y en su implementación, protegiendo así los datos sensibles.   

La proveniencia de datos y modelos de ML implica el seguimiento del manejo de datos y modelos de ML a lo largo del pipeline, garantizando un registro seguro, protección de integridad y trazabilidad. El control de acceso, control de versiones, registro y monitoreo de datos, modelos de ML y parámetros del pipeline son controles a tener en cuenta. Los gobiernos están desarrollando estándares y regulaciones para sistemas de IA, como la Ley de Inteligencia Artificial de la Unión Europea, que define un marco de confianza, incluida la protección de seguridad y privacidad. Asegurar una protección efectiva de seguridad y privacidad dentro de los procesos de MLOps es un desafío, lo que requiere mejores prácticas para automatizar la seguridad en todo el ciclo de vida de IA/ML, desde el diseño hasta la prueba, implementación y monitoreo continuo. Esto lleva al concepto de Operaciones de Seguridad de Aprendizaje Automático (MLSecOps), que enfatiza la integración de prácticas de seguridad dentro del ciclo de desarrollo de ML y establece la seguridad como una responsabilidad compartida entre desarrolladores de ML, profesionales de seguridad y equipos de operaciones. MLSecOps implica comprender la arquitectura de MLOps, que típicamente incluye un sistema automatizado de integración/entrega continua (CI/CD), apoyando la exploración eficiente de nuevas técnicas, elaboración de modelos, preparación de pipelines, construcción, prueba e implementación de nuevos componentes de ML. La arquitectura abarca entornos seguros, protección de datos, repositorios de modelos, gestión de configuración, registros de metadatos de desarrollo/experimentación, conjuntos de datos de puesta en escena/operación, ingeniería de datos, experimentación de modelos entrenados, control de versiones, evaluación de seguridad, pipelines de entrenamiento y despliegue automatizados de modelos. 

El aseguramiento del ciclo de vida de IA/ML a través de MLSecOps (Operaciones de Seguridad de Aprendizaje Automático) es fundamental en el desarrollo de sistemas seguros. Se resalta la variedad de recursos y herramientas disponibles para evaluar los riesgos de seguridad de la IA, como el Marco de Gestión de Riesgos de IA del NIST, la Evaluación de Riesgos de Seguridad de IA de Microsoft, ATLAS de MITRE y los Diez Principales de Seguridad de ML de OWASP. Un aspecto a destacar es la identificación y mitigación de  riesgos como el envenenamiento de datos, la evasión de modelos y los ataques de Denegación de Servicio (DoS) desde las primeras etapas de diseño de software. Se sugiere alinear los componentes de seguridad con los procesos de MLOps para garantizar una integración fluida y el desarrollo y pruebas concurrentes de artefactos de ML. Durante la fase de ingeniería de datos, donde los datos crudos se transforman en conjuntos de datos, se enfatiza la importancia de implementar políticas y controles de seguridad para la recolección, almacenamiento y procesamiento de datos. Esto incluye obtener la autorización legal y contractual adecuada para el procesamiento de datos sensibles, validar y autorizar datos de fuentes no confiables y asegurar datos en reposo mediante cifrado, control de acceso, monitoreo y versionado. La calidad de los datos es decisiva para determinar la calidad del modelo y se necesitan medidas de protección de datos durante todas las fases de desarrollo y producción. Durante el desarrollo, se debe analizar la presencia de entradas maliciosas en los datos de entrenamiento, potencialmente involucrando a expertos en la materia para un análisis efectivo. En la fase de experimentación, donde los científicos de datos realizan la ingeniería de modelos, selección de características, desarrollo de algoritmos, entrenamiento y ajuste de hiperparámetros, se destaca la importancia de asegurar las entradas (pesos del modelo y conjuntos de datos) y salidas (código de ML y modelos). 

La integración de medidas de seguridad a lo largo del ciclo de vida de la inteligencia artificial y el aprendizaje automático, conocida como MLSecOps, se revela como un enfoque esencial para salvaguardar los sistemas contra amenazas y vulnerabilidades en la industria de las telecomunicaciones. Esta práctica no se concibe como una solución aislada, sino más bien como una capa adicional que fortalece y mejora las medidas de seguridad existentes, así como las prácticas operativas establecidas. Enfocarse en MLSecOps se vuelve especialmente crítico en el contexto de las telecomunicaciones debido al papel que desempeñan los sistemas de inteligencia artificial y aprendizaje automático en las operaciones de red. Uno de los aspectos fundamentales de MLSecOps es la creación de un entorno controlado y seguro. Esto se logra mediante la estandarización de los procedimientos operativos y la implementación de paneles de control accionables para monitorear el desempeño de los modelos, estadísticas de uso y seguimiento de errores. Además, la detección automática y los mecanismos de respuesta, así como el monitoreo de la deriva, son aspectos relevantes para mantener las capacidades de detección e identificar patrones y tendencias emergentes que puedan representar una amenaza para la seguridad. Antes de implementar MLSecOps, las organizaciones deben llevar a cabo una evaluación exhaustiva de su postura de seguridad existente. Esto implica evaluar la compatibilidad de la infraestructura de tecnología de la información, promover la colaboración entre departamentos, y establecer objetivos claros en términos de seguridad. Un paso importante en la implementación de MLSecOps es asignar practicantes de seguridad para asistir al equipo de MLOps, integrar herramientas de seguridad en el proceso de integración y entrega continua (CI/CD), y monitorear y mejorar continuamente las prácticas de seguridad. Se destaca comprender que MLSecOps no es una solución única y definitiva, sino que se trata de una parte integral y complementaria de los mecanismos de ciberseguridad existentes. De hecho, la implementación exitosa de MLSecOps puede facilitarse mediante el establecimiento de un Sistema de Gestión de Seguridad de la Información (ISMS, por sus siglas en inglés). Este enfoque holístico no solo mejora la protección de los sistemas de IA/ML en la industria de las telecomunicaciones, sino que también promueve una cultura de seguridad proactiva y adaptable que se adapta a las demandas y desafíos en constante evolución del panorama de amenazas de seguridad cibernética. 

 

En definitiva, se propone la adopción de MLSecOps como un enfoque integral para mitigar riesgos y fortalecer las defensas cibernéticas. MLSecOps no solo se enfoca en asegurar la cadena de suministro y el proceso de entrenamiento/inferencia del modelo, sino que también destaca la importancia de una cultura de seguridad proactiva y colaborativa. Al integrar medidas de seguridad desde las primeras etapas del desarrollo hasta la implementación y monitoreo continuo, MLSecOps se posiciona como un componente esencial para garantizar la confianza, integridad y protección de los sistemas de IA/ML en la industria de las telecomunicaciones. La implementación exitosa de MLSecOps requiere una evaluación exhaustiva, colaboración interdepartamental, integración de herramientas de seguridad, y un enfoque continuo en la mejora de las prácticas de seguridad. Esta conclusión subraya la necesidad de un enfoque holístico y proactivo para abordar los desafíos de seguridad en la era de la inteligencia artificial y el aprendizaje automático, donde la seguridad se convierte en una responsabilidad compartida y en un pilar fundamental para el éxito y la sostenibilidad de las operaciones de red y los servicios de telecomunicaciones.   

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