真假難辨？談AI偽造影像帶來的危機

講者／許志仲（國立屏東科技大學資訊管理系助理教授）｜彙整／葉珊瑀
整理自2020.03.13〈AI報你知．同名〉

生成模型的演變

DeepFake相關技術最早的雛型是由「自動編碼器」（AutoEncoder）建構而成的生成模型（generative model）。自動編碼器分為兩部分：資訊編碼與特徵解碼。前者目的是當我們呈現一系列資料給模型時，編碼器能夠從中找到一些重要的特徵，以這些特徵（較少的資料）來代表原始複雜的資料，達到簡化的目的。由於我們事前並不知道以怎麼樣的方式，或以哪些特徵，可以最完整地代表整筆資料，所以自動編碼器其實要在幾乎沒有人類的指導下完成這項任務，屬於機器學習中「非監督式學習」（unsupervised learning）的範疇，而特徵抽取（feature extraction）也是非監督式學習常見的用途之一。

特徵解碼器則反其道而行，嘗試由特徵還原出完整的原始資料，將重建出的資料與原始資料相比對，便可驗證編碼器所提取出的特徵是否有足夠的代表性。這項任務其實比想像中來得困難許多。假設今天小美、小明與阿華三人每月的薪資依序為：30k、40k與50k，我們可以很輕易地計算出三人的平均薪資為40k，並以該數字（特徵）來代表三人的薪資水平（整筆資料）；然而今天若僅告知你三人的平均月薪是40k，希望你能依此線索回推出三人的原始薪資，卻是難上加難。

除此之外，這類生成模型其實還有其他的缺陷，例如：所生成（重建出）的影像仍侷限於原始的訓練資料，沒有太大的變動空間；再者，當我們在比對重建出的影像與原始影像時所使用的數學方法，其實無法如實反映人類的主觀視覺感受──某些在數值上近乎完美的重建影像，在人類眼中看來就是不夠好。這也催生了直至2014年方才提出的新模型──生成對抗網路（Generative Adversarial Network，GAN）。

「對抗」，生動描述了GAN中「生成器」（generator）與「識別器」（discriminator）兩個子網路之間的關係：生成器所產生的偽造影像會與真實影像一起接受識別器的評判，直到連識別器也無法區辨真偽時，生成器便也達成它的目的──成功產生一張真假難辨的偽造影像。

GANs可以運用的地方很多。例如當訓練圖像辨識模型時，如果可以獲得的資料過少，便可藉由GANs生成模擬資料來增加樣本數；另外如資料的修補、影像品質的強化、提升解析度、由文字生成影像、風格轉換、人物穿搭轉換等，都是GANs的應用。然而科技總免不了被有心人士誤用，先前提到的DeepFake便是一例。

影像鑑偽

過去透過修圖軟體人工變造的影像，可以透過光源的變化、色澤差異及人物表情與環境是否違和來鑑別真偽；同樣地，目前的DeepFake雖然早已克服上述手動修圖常見的缺陷，但仍無法做到十全十美，在某些生物特徵，如虹膜、髮際處等依然留有破綻。有些人便想到以「以毒攻毒」的方式，以深度學習對抗深度學習，這類辨偽技術被稱為anti-GANs（又稱Video forensics）。

一開始的anti-GANs研究，通常是針對少數，甚至單一GAN模型。只是這樣的作法，隨著相關研究與模型數量攀升，顯得緩不濟急。然而許教授想到了一個方法：照理來說，不同DeepFake影像特徵之間的差異，應該小於任一偽造影像特徵與真實影像特徵之間的差異。當今天要分辨一個未知樣本的真偽時，只要比較該樣本與另一偽造影像特徵之間的差異（A），以及與一真實影像特徵之間的差異（B），若A<B，則幾乎可以確定該樣本亦為偽造影像。

如此便能掌握各個DeepFake影像之間共通的瑕疵，一個通用的DeepFake檢測器（DeepFD）不無可能。許教授與團隊依此原理所打造出的anti-GAN模型，最終取得85%的準確率。然而隨著AI發展日新月異，矛與盾之間你來我往的相互攻防之下，難保能一直佔上風。

倫理問題

這令人不禁擔憂：現階段的DeepFake技術還存在可見的瑕疵，只要一個人細心觀察，至少還有五、六成的準確率。若是未來相關技術持續發展，人類連五、六成的把握也沒了，應該如何是好？又該如何防範？

AI的研究倫理近幾年於是成了熱門話題。目前美國已有相關法案，規定相關程式碼必須開源、模型要公開，以防患於未然。

(本文為教育部「人工智慧技術及應用人才培育計畫」成果內容)