Искусственный интеллект и блокчейн: идеальная пара

Искусственный интеллект и блокчейн сегодня являются мощными двигателями инновации, которые вносят кардинальные изменения во все аспекты жизни общества и обещают рост глобальной экономики. Будущее уже наступило: появляются автомобили-роботы и вежливые искусственные ассистенты, способные назначать встречи от вашего имени, ведя естественное и вполне осмысленное общение [1]. А с приходом новых платформ взаимодействия участникам больше не придется доверять «ненадежным» посредникам вроде Facebook, Yahoo или Equifax. Каковы же перспективы объединения этих двух технологических направлений?

Искусственный интеллект — это любое задание, выполняемое программой или машиной и требующее наличия «интеллектуальных» способностей. Системы искусственного интеллекта обладают возможностями, которые ассоциируются с интеллектом человека, такими как планирование, обучение, решение логических задач, а также социальные навыки и творчество. Интерес к искусственному интеллекту возобновился сегодня благодаря прорывам в области машинного обучения, в особенности глубинного, а также ввиду бурного роста объемов доступных данных, способствующего повышению эффективности обучения моделей. Появляются разработки наподобие самоуправляемых автомобилей и роботов-курьеров, а вместе с тем растет и беспокойство. У искусственного интеллекта имеются и обратные стороны — от возможности фальсификации новостей с вполне реалистичными снимками, звуко- и видеозаписями [2] до нарушений права на личную тайну [3]. Есть также вопросы в связи с монополизацией мощностей искусственного интеллекта узкой группой игроков, таких как Google, Microsoft и Amazon, препятствующих остальным в получении доступа к данным, специалистам и вычислительным ресурсам.

Развитие блокчейна

Блокчейн — это открытый распределенный реестр, совместно используемый по соглашению всеми пользователями в сети. Записи, например транзакции, хранятся в блоках вместе с хеш-значениями и отметками времени. Каждый блок связан с предыдущим, в результате чего формируется цепочка. Одна из ключевых особенностей блокчейна — неизменяемость: практически отсутствует возможность изменить какую-либо информацию без согласия всей сети.

В зависимости от протокола консенсуса (способа создания блоков), технологии блокчейна делят на две группы. В блокчейнах с доказательством работы (proof-of-work, POW), таких как биткойн и Ethereum, пользователи (майнеры) создают новые блоки путем решения (майнинга) вычислительно сложной задачи. Майнер, получивший право создать блок, получает вознаграждение и плату за транзакцию. Работа по протоколам POW требует больших затрат электроэнергии. Кроме того, майнеры могут подвергаться «атакам большинства», в ходе которых вознаграждение за блок уменьшается; примеры — недавние инциденты с криптовалютами Bitcoin-Gold, Verge, ZenCash и др. В блокчейнах нового поколения используются протоколы на основе доказательства доли владения (proof-of-stake, POS), не требующие энергозатратного процесса майнинга. В них шансы участников на создание блока увеличиваются вместе с числом койнов — принадлежащей им доли. Наиболее известные среди этой группы блокчейнов: Nxt, Peercoin, EOS с делегированным доказательством доли, «клон» биткойна Ouroboros, iChing, а также Algorand — разработанный в МТИ блокчейн на основе POS и алгоритма решения задачи византийских генералов.

Если отбросить нынешнюю шумиху вокруг криптовалют, отвлекающую от реального потенциала блокчейна, соответствующие технологии действительно способны стать основой нового бессерверного Интернета и децентрализованной Всемирной паутины, в которой пользователи получают контроль над своими данными и идентификационными сведениями. Блокчейны обещают переворот в системе здравоохранения — предоставление каждому возможности контроля за использованием своих записей. Более того, имеется вероятность появления более совершенных альтернатив практически любым известным сегодня платформам, включая Facebook, eBay, Uber и Airbnb.

Революционное объединение

Блокчейн имеет немало слабых мест, в том числе с точки зрения безопасности, масштабируемости и эффективности, а искусственный интеллект, в свою очередь, страдает от проблем, связанных с возможностью нарушения приватности, а также с отсутствием доверия и возможности объяснить принцип действия. Объединение этих двух технологий, похоже, неизбежно — они могли бы взаимно дополнить друг друга для создания принципиально нового поколения цифровых систем. Как показано на рисунке, блокчейн избавит от необходимости доверять искусственному интеллекту, обеспечит приватность и объяснимость, а искусственный интеллект позволит строить на базе блокчейна системы машинного обучения, которые будут отличаться усиленной безопасностью, масштабируемостью и более эффективными возможностями персонализации и управления.

Искусственный интеллект и блокчейн: идеальная пара

Интеграция искусственного интеллекта и блокчейна

Блокчейн для искусственного интеллекта

Блокчейн может использоваться как основа децентрализованных торговых площадок и платформ координации для различных компонентов искусственного интеллекта, включая данные, алгоритмы и вычислительные мощности. Это могло бы способствовать совершенно новым уровням инновации и масштабов использования искусственного интеллекта. Блокчейн также позволит сделать такого рода решения более прозрачными, объяснимыми и заслуживающими доверия. С учетом того, что все данные в блокчейне общедоступны, искусственный интеллект станет основой для обеспечения защиты от подделки и приватности.

Защищенное предоставление данных

Одной из движущих сил, способствующих развитию искусственного интеллекта, стали огромные объемы данных, потенциально доступные для исследователей, разработчиков и коммерсантов. Данные — «золото» цифровой экономики, но доступ к ним преграждают высокие барьеры. Во-первых, может быть непросто получить достаточный объем данных для ваших моделей обучения, если вы не работаете на кого-то из онлайн-гигантов вроде Facebook или Google. В связи с этим существенно ограничивается конструктивная конкуренция между исследователями. Во-вторых, растут проблемы приватности — уже сегодня немало случаев утечки и злоупотребления личными данными. Вспомнить хотя бы недавний скандал с Facebook, когда данные 50 млн пользователей социальной сети собирались без их согласия компанией Cambridge Analytica. «Ужасает, что некие группировки могут, выясняя страхи и предпочтения пользователей, склонять их к той или иной точке зрения и подталкивать к тому, чтобы они пропагандировали эту точку зрения среди единомышленников», — так прокомментировал ситуацию в блоге специалист по безопасности Университета Мэриленда.

Блокчейн обеспечивает прозрачность и учитываемость данных, позволяя выяснять, к каким именно пользовательским сведениям происходил доступ, когда и кто к ним обращался. Поскольку блокчейн возвращает людям контроль над данными, пользователи смогут делиться ими с большей уверенностью, зная, что данные будут без нарушений задействованы для персонализации или иных полезных применений. Врачи и ученые смогут получать доступ к огромным объемам анонимизированных медицинских записей, существенно ускоряя поиск лекарств и разработку новых методов лечения и медицинских процедур. Появится больше надежды у пациентов с редкими заболеваниями, поскольку врачи смогут изучать данные по аналогичным случаям по всему миру, и отчасти эта идея уже начинает воплощаться.

Ваши данные — ваша цена

Помимо контроля над вашими данными и возможности ими делиться, блокчейн-технологии позволят продавать их с помощью умных контрактов, открывая перспективу для создания торговых площадок, более защищенных и приватных ввиду отсутствия посредников. Такие площадки сократят мелким игрокам число барьеров для вхождения на рынок, выравнивая игровое поле и тем самым способствуя развитию инноваций. Используя протоколы доказательства с нулевым разглашением, предприятия и исследователи могли бы находить нужную информацию, не зная подробностей о данных и личности их владельцев. Возможность обнаружения и фильтрации необходимых данных с сохранением приватности пользователей очень важна. Вероятно, благодаря этому даже начнется новый виток эволюции искусственного интеллекта. К примеру, стартап Nebula Genomics уже предлагает торговую площадку, которая соединяет людей, желающих пройти секвенирование своего генома, и организации, которым нужны эти данные. А в компании Longenesis разработали платформу, позволяющую за деньги делиться медицинскими данными, в том числе историями болезни, сведениями о симптомах и т. п.

Продажа неиспользуемых вычислительных мощностей

Блокчейн даст возможность задействовать больше распределенной вычислительной мощности для искусственного интеллекта в рамках децентрализованного рынка — облаков. Разработчики могут использовать миллионы графических процессоров, находящихся в собственности геймеров, для подготовки, моделирования, обучения и развертывания алгоритмов машинного обучения. Геймеры, чьи видеочипы используются в играх лишь какую-то долю времени, могут с помощью умных контрактов выставлять машинное время на продажу.

Идея продажи незадействованной вычислительной мощности не нова, достаточно вспомнить некогда популярную технологию гридов. А вот рынок облачных сервисов с функциями искусственного интеллекта имеет массу возможных применений — всех, на которые только способен искусственный интеллект. Стимулирование в виде оплаты криптографическими токенами будет побуждать растущее число пользователей продавать свои вычислительные ресурсы.

Координация работы не доверяющих друг другу устройств

Большие перспективы у искусственного интеллекта имеются для управления устройствами, не доверяющими друг другу. Группы робототехнических устройств, субъекты Интернета вещей и различные носимые устройства могут теперь координировать свои действия и принимать коллективные решения. В подобных сценариях блокчейн служит платформой координации, безопасность которой злоумышленники могут скомпрометировать только в том случае, если захватят контроль над большинством устройств. Здесь открывается большое поле применений — от обновления «прошивки» холодильника до координации действий групп боевых роботов. Правда, этот же принцип может использоваться и для управления ботнетами. Сейчас специалисты по безопасности способны отключать ботнеты сразу после обнаружения их центров управления, но если эту единую точку отказа заменить на блокчейн, так просто решить задачу уже не удастся.

«Объяснимый» искусственный интеллект

Несмотря на успешное применение машинного обучения в разработке автономных систем, способных воспринимать информацию, обучаться и самостоятельно действовать, поле его практического использования расширяется не слишком быстро. Одна из причин — трудности объяснения того, какие именно процессы происходят при обучении. Решения, принимаемые этими системами, не поддаются строгому объяснению, а потому их нельзя проверить и доверять им. С еще большей опаской на искусственный интеллект смотрят в медицине и финансовом планировании, где особенно важна объяснимость, в связи с тем что неверное решение может привести к серьезным последствиям. Поэтому важно было бы иметь неизменяемую запись, позволяющую прослеживать перемещения данных и все действия сложных систем на основе искусственного интеллекта.

Именно такую возможность — зарегистрировать все «изгибы» цепочки обработки данных на пути к решению — и дает блокчейн. Отслеживая поведение систем с искусственным интеллектом при обработке различных входных данных для разных задач, можно получить более точное понимание решений, которые принимаются этими системами, и больше им доверять. При этом людям гораздо проще будет получать обоснования решений, принимаемых машиной, путем просмотра подробного журнала, описывающего процесс. Кроме того, такие записи помогут оптимизировать «черные ящики» искусственного интеллекта, соблюдая баланс между производительностью, точностью прогнозов и объяснимостью. А при расследовании инцидентов след, зафиксированный в блокчейне, позволит установить виновного.

Искусственный интеллект для блокчейна

Разработка и эксплуатация блокчейна требуют настройки тысяч параметров и компромиссов между безопасностью, производительностью, децентрализованностью и т. п. Искусственный интеллект может облегчить принятие соответствующих решений, автоматизировав и оптимизировав работу блокчейна для более высокой производительности и улучшенного контроля. А с учетом того, что все данные в блокчейне общедоступны, искусственный интеллект будет играть ключевую роль в обеспечении конфиденциальности и приватности пользователей.

Безопасность и масштабируемость

Если злоумышленник не владеет большей частью ресурсов майнинга, взломать блокчейн практически невозможно, однако приложения, построенные на платформе блокчейна, к сожалению, не настолько защищены. Например, The DAO, одна из крупнейших краудфандинговых платформ, владеющая криптовалютой Ether на 150 млн долл., стала жертвой хищения 50 млн долл. Взломщик использовал ряд ошибок, допущенных при составлении умных контрактов, что позволило выполнить повторные транзакции и изъять больше денег, чем вложил по контракту фонд. Учитывая стремительный прогресс машинного обучения, блокчейн, работающий под управлением интеллектуального алгоритма, вполне мог бы обнаружить факт атаки и автоматически включить защитные механизмы. А если ущерб неизбежен, искусственный интеллект мог бы по меньшей мере изолировать атакуемый компонент от остальной части блокчейн-платформы. Управляя блокчейном, он мог бы улучшать масштабируемость и повышать надежность распределенного реестра. Например, при резком увеличении объема транзакций искусственный интеллект мог бы автоматически увеличить скорость создания блоков, что позволило бы увеличить пропускную способность по цене увеличенного времени подтверждения.

Приватность и персонализация

Если вы боитесь, что очередные выборы будут скомпрометированы, или беспокоитесь за безопасность своих данных в социальных сетях, блокчейн — это для вас: он сможет вернуть контроль над личными данными. Но за это придется заплатить. В традиционных централизованных системах вроде Facebook, Netflix и YouTube собранная пользовательская информация анализируется для персонализации контента. Именно благодаря этому, заходя в Facebook, вы видите посты от друзей, с которыми чаще общаетесь, или, открывая Netflix, видите фильмы, соответствующие вашему вкусу. Возвращение приватности означает, что никто не будет знать ваших вкусов и вам, возможно, придется проматывать многие страницы в поисках релевантного контента, не рассчитывая на участие системы автоматизированного подбора. Но нельзя ли обеспечить одновременно и приватность, и персонализацию?

На помощь может прийти искусственный интеллект — с новой моделью отбора контента. Децентрализованный провайдер контента, например социальная сеть на базе блокчейна, мог бы использовать искусственный интеллект для персонализации выдачи на стороне пользователя. Система машинного обучения выполняется на устройстве пользователя, анализируя сведения о просмотренных им сайтах. Релевантный контент в этом случае будет загружаться самим пользовательским устройством, а не «навязываться» сервером. При этом все вычисления будут выполняться локально — личные данные не будут покидать устройство пользователя. Более того, можно выполнять «санацию» контентных предпочтений пользователя, чтобы не позволить провайдерам профилировать контент. Таким образом, подобная модель одновременно обеспечивает и приватность, и персонализацию.

Восстание машин

Сюжет с восстанием машин, берущих под контроль все аспекты существования человека, уже давно навяз в зубах, однако подобное будущее уже наступает, по крайней мере отчасти. В блокчейнах заключаются «умные» контракты, которые управляют деловыми отношениями между пользователями, решая, кто из них должен получить оплату. Правда, пока что они не такие уж и «умные» и справляются лишь с достаточно простыми условиями. Но уже скоро искусственный интеллект сможет выступать в роли арбитра в более сложных ситуациях. Со временем пользователи смогут разрешать конфликты, происходящие как внутри распределенного реестра, так и вне его, не обращаясь в суд, — получив свидетельства и необходимые документы, искусственный интеллект мог бы выполнить автоматический арбитраж без предубеждений и возможности влияния на этот процесс. Все решения принимались бы на основе данных, а значит, были бы более последовательными и обоснованными.

***

Несмотря на стремительный прогресс искусственного интеллекта и блокчейна, им предстоит еще долгий путь развития. Из новейших разработок в области искусственного интеллекта можно отметить Google Duplex — систему, способную автоматически делать телефонные звонки от вашего имени. Правда, пока она предоставляет только три возможности: бронирование столиков в ресторанах, запись в салоны красоты и выяснение часов работы магазинов. И, несмотря на колоссальные прорывы в области алгоритмов и данных искусственного интеллекта, до сложности человеческого разума ему все еще далеко. А что касается блокчейна, то недавние инциденты безопасности с Ethereum, ZCash, Bitcoin Gols и многими другими криптовалютами говорят о том, что пройдет еще немало времени, прежде чем появятся защищенные масштабируемые блокчейны для реальных применений. Тем не менее в будущем пара «блокчейн — искусственный интеллект», безусловно, способна обеспечить обществу массу возможностей.

Литература

Y. Leviathan. Google Duplex: An AI System for Accomplishing RealWorld Tasks Over the Phone. 8 May 2018, Google AI Blog. URL: https://ai.googleblog.com/2018/05/duplex-ai-system-for-natural-conversation.html (дата обращения: 21.11.2018).
A. Hern. AI Used to Face-swap Hollywood Starts into Pornography Films. 25. Jan 2018, The Guardian. URL: www.theguardian.com/technology/2018/jan/25/ai-face-swap-pornography-emma-watson-scarlett-johansson-taylor-swift-daisy-ridley-sophie-turner-maisie-williams (дата обращения: 21.11.2018).
J. McGrath. A.I. Will Make Smart Homes Autonomous, But Don´t Expect Perfection or Privacy. 8 June 2018, Digital Trends. URL: www.digitaltrends.com/home/ai-will-make-the-smart-home-autonomous-but-dont-expect-perfection-or-privacy (дата обращения: 21.11.2018).

Танг Динх (tndinh@vcu.edu) — доцент, Университет Вирджинии; Ми Тай (mythai@cise.ufi.edu) — профессор, Университет Флориды.