NeuroImprint Detector: Audita adapters PEFT para detectar backdoors de privacidad en Federated Learning

#python #privacy #ai #security

El problema: tu adapter PEFT puede estar filtrando datos sin que lo sepas

Imagina que participas en un proyecto de Federated Learning. Tu cliente entrena un adapter LoRA localmente con datos sensibles (médicos, financieros, legales) y lo envía al servidor central. El servidor nunca ve tus datos crudos. ¿Verdad?

Falso.

Un paper reciente de Shi et al. (2026) demuestra que un servidor malicioso puede corromper el adapter para que memorice muestras completas de tus datos de entrenamiento. Después del fine-tuning, el atacante puede reconstruir 59-79% de las muestras originales con alta fidelidad semántica, solo leyendo los pesos del adapter.

Esto es el ataque NeuroImprint, y funciona en BERT, GPT-2, Qwen2 y Llama 3.2.

La herramienta: NeuroImprint Detector

Desarrollé neuroimprint-detector como contra-medida: un framework de auditoría que analiza adapters PEFT para detectar si contienen un backdoor NeuroImprint y, si lo encuentran, reconstruir las muestras memorizadas.

Pipeline forense completo

[Adapter PEFT]
      │
      ▼
[1. Detección] ── ¿Contiene estructura de backdoor?
      │             - W₂ con filas idénticas (r₂ repetido)
      │             - b₂ ordenado en intervalos (cuantiles)
      │             - Patrón RaLU (matriz de rango 1)
      ▼
[2. Estimación] ─ Recuperar pesos ORIGINALES del backdoor
      │             (el auditor NO tiene acceso a los pesos iniciales)
      │             - Mediana de filas de W₂
      │             - Filtrado IQR para aislar muestras memorizadas
      ▼
[3. Inversión] ── Recuperar gradientes = embeddings de datos
      │             x̃ = ΔW / Δb (inversión analítica cerrada)
      ▼
[4. Tokenización] Mapear embeddings a texto legible
                   (HF Hub o tokenizador local offline)
      ▼
[Reporte JSON] ── ¿Qué datos fueron extraídos?

Instalación y uso

pip install neuroimprint-detector

Auditar un adapter:

neuroimprint-audit --path /path/to/adapter

Reconstrucción forense completa (con tokenizer online):

neuroimprint-audit --path /adapter \
  --reconstruct \
  --tokenizer-id Qwen/Qwen2-0.5B \
  --output report.json

Modo offline (sin conexión a internet):

neuroimprint-audit --path /adapter \
  --reconstruct \
  --tokenizer-id /path/to/local/tokenizer \
  --output report.json

Desde Python:

from neuroimprint_detector import NeuroImprintDetector

detector = NeuroImprintDetector()
result = detector.analyze({'W2': adapter_W2, 'b2': adapter_b2})

print(f"Verdict: {result.verdict.value}")       # "backdoored"
print(f"Confidence: {result.confidence:.2f}")    # 0.90
print(f"Estimated samples: {result.estimated_samples}")  # 200

Resultados del ataque (del paper)

Modelo	Optimizer	Tasa reconstrucción	Similitud semántica
BERT	SGD	77.4%	0.994
BERT	AdamW	74.6%	0.767
GPT-2	SGD	66.5%	0.990
Qwen2-1.5B	SGD	71.4%	0.997
Llama3-3B	SGD	75.0%	0.997

SGD permite reconstrucción exacta. AdamW permite reconstrucción aproximada (pierde magnitud por el momentum).

Stack técnico

Componente	Descripción
Detector	Análisis de pesos: filas idénticas, intervalos de bias, fingerprint RaLU
Estimador	Recupera pesos originales del backdoor desde el adapter entrenado
Inversor	Inversión analítica cerrada de gradientes (SGD exacto, Adam aproximado)
Tokenizer	Reconstrucción de texto vía HF tokenizers (online + offline)
Loader	Carga adapters de disco/Hugging Face, extrae candidatos
Synthetics	Generación de adapters clean/backdoored para testing
CLI	`neuroimprint-audit` con flags `--reconstruct` y `--tokenizer-id`
CI	GitHub Actions (Python 3.10, 3.11)

43 tests pasando — cobertura completa de unitarios + integración.

¿Por qué importa?

El Federated Learning se presenta como la solución de privacidad para entrenar modelos con datos distribuidos. Pero si el servidor puede corromper los adapters para memorizar datos, la privacidad es una ilusión.

Esta herramienta permite a equipos de seguridad auditar adapters antes de desplegarlos en producción, verificando que no contengan backdoors de memorización.