推論能力を持つ AI モデルの過剰思考がセキュリティリスクに
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IEEE Spectrum AI
浙江大学とアリババの研究者は、論理的に矛盾するプロンプトを用いて大規模言語モデルを過剰推論状態に陥らせる攻撃手法を開発し、主要な AI モデルが応答長が最大 26 倍になることでサービス拒否攻撃が可能であることを示した。
AI深層分析を開く2026年8月4日 14:16
AI深層分析
キーポイント
過剰推論を利用したサービス拒否攻撃の確立
浙江大学とアリババのチームは、論理的に矛盾するプロンプトを生成する進化アルゴリズムを開発し、モデルが解けない問題を無理やり推論させ続けることで応答長を著しく増やすことに成功した。
主要 AI モデルへの広範な有効性
DeepSeek-R1、アリババの Qwen3-Thinking、OpenAI の GPT-o3、Google の Gemini 2.5 Flash など、複数の大手企業の推論モデルに対して同様の攻撃が有効であることが確認された。
現代型推論モデルに共通する脆弱性
研究者は過剰推論が特定のモデル固有の問題ではなく、複雑な問題を解決しようとする現代的な推論モデル全体に共通する構造的な脆弱性であると結論付けた。
計算リソース枯渇による実害
過剰な推論はサーバー負荷とコストを急増させるため、大規模に実行されれば正当な利用者の体験を著しく低下させる現実的なサービス拒否攻撃となり得る。
遺伝的アルゴリズムによる悪意あるプロンプトの生成
論理構造を破綻させる変異を加えることで、モデルが不要な推論ループに陥る問題を自動生成する手法を開発した。このアプローチは内部情報へのアクセスを必要とせず、クエリを送信するだけで閉鎖型サービスに対する攻撃も可能である。
重要な引用
Our results suggest that overthinking is not an isolated phenomenon specific to individual models, but rather a shared vulnerability among modern reasoning models.
Across multiple datasets and reasoning models, our method substantially amplifies the output length.
Crucially, the approach doesn't require access to the internals of a model and can generate malicious prompts by simply querying the target, which makes it possible to attack closed-source commercial services
The biggest jump came from DeepSeek-R1 on the MATH dataset... where the maximum output was 26.1 times as long as the longest response the model provided to unaltered questions
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編集コメント
推論能力の向上がセキュリティ上の新たな弱点を生むという逆説的な事実は、AI モデルの設計と運用において「賢さ」だけでなく「堅牢性」を同等に重視する必要性を示している。今後はプロンプトの構造的な矛盾を検知する防御層や、推論プロセスの長さを制御するメカニズムが標準機能として求められるだろう。
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問題解決を段階的に考えることができる大規模言語モデル(LLM)は、AI が取り組めるタスクの範囲を大幅に拡大しました。しかし、新しい研究によると、こうした推論能力には重大な脆弱性が潜んでおり、攻撃者がシステムを極端に遅くしてしまう恐れがあります。
以前の LLM はユーザーの要求に対して即座に回答を生成していましたが、現在の最先端モデルは内部で独り言のように思考し、問題を段階に分解した上で最適な解決策を検討してから回答を返します。これにより、AI はコーディングや数学といった分野を含む、より複雑な問題にも取り組めるようになりました。
しかし、これまでの研究では、これらのモデルがパフォーマンス向上につながらないほど長く冗長な推論プロセスを出力してしまう傾向があることが示されています。この現象は「過剰思考(overthinking)」と呼ばれています。今週ソウルで開催された「International Conference on Machine Learning 2026」で発表された研究では、中国の浙江大学とアリババグループの研究チームが、矛盾したプロンプトを与えることで意図的に過剰思考を引き起こすことに成功しました。その結果、商用 AI モデルに対するサービス拒否(DoS)攻撃の一形態が実現されました。
LLM に対する進化型プロンプト攻撃
研究チームは、プロンプトの論理構造を壊すことでモデルが根本的に解けない問題に無理やり推論しようとし、思考が暴走する(過剰思考)状態を引き起こす進化アルゴリズムを開発しました。生成される回答が長くなればコストが増大し、プロバイダーのサーバー負荷も高まります。研究者らは、これが大規模に行われれば、正当なユーザーの利用体験を著しく低下させる恐れがあると指摘しています。
この攻撃は、DeepSeek-R1、アリババの Qwen3-Thinking、OpenAI の GPT-o3、Google の Gemini 2.5 Flash など、主要 AI 企業の推論モデルに対して有効でした。その結果、標準的な数学ベンチマークでは通常回答の最大 26 倍もの長さの出力を生成させることに成功しています。
「複数のデータセットと推論モデルにおいて、私たちの手法は出力長を大幅に増幅させました」と、浙江大学の修士課程学生である Wei Cao 氏は IEEE Spectrum の取材にこう述べています。「私たちの結果は、過剰思考が特定のモデルに限定された孤立した現象ではなく、現代の推論モデルに共通する脆弱性であることを示唆しています。
研究チームのアプローチは、別の研究グループによる先行研究に基づいています。その研究では、推論モデルが重要な前提条件が欠落した問題に直面すると、過剰な思考(オーバーシンキング)を起こす傾向があることが示されました。例えば、「1 日 10 マイル歩く人が、何日歩いたかという指定がない状態で、合計でどれだけの距離を歩いたか」という問いに対してです。
モデルは問題が解けないことに気づくのではなく、回答を試みるために延々と無駄な推論ループに陥ることがよくあります。
この考え方をさらに発展させた著者らは、3 つの数学ベンチマークデータセットから 940 の問題を抽出し、LLM(大規模言語モデル)を使ってそれらの論理構造を「前提条件の集合」と「最終的な問い」へと分解しました。その後、遺伝的アルゴリズムを用いてこれらの要素をさまざまな「突然変異」によってシャッフルしました。具体的には、問題間で前提条件を交換したり、問題に余分な前提条件を追加したり、既存の前提条件を削除したり、2 つの前提条件セット間で最終的な問いを交換したりする手法です。
変異の各ラウンドの後、問題文はターゲットモデルが出力する単語数と、「but」「wait」「maybe」「alternatively」などの過剰思考を示す特定の言語マーカーの出現頻度が増加したかどうかという2つの基準で評価されます。この2つの指標で最も高いスコアを獲得した問題文のみが選別され、残りは再びシャッフルされて次の世代へと引き継がれます。このプロセスは5世代にわたって繰り返されます。曹氏によれば、この手法の決定的な利点は、モデル内部へのアクセスを必要とせず、ターゲットに対して単にクエリを送るだけで悪意あるプロンプトを生成できる点にあります。これにより、クローズドソースの商用サービスに対する攻撃も可能になります。
AI モデルにおける「過剰思考」の脆弱性
研究者たちは、この手法が推論モデルにおいて、修正されていない質問から得られる出力よりも数倍長い回答を引き出すことを一貫して確認しました。特に DeepSeek-R1 が MATH データセット(高校数学コンテストの問題で構成される)で示した飛躍は顕著で、最大で未変更の質問に対する最長応答の 26.1 倍もの長さになりました。今回の研究の主な焦点は数学問題にありましたが、著者らはコーディング、科学的推論、対話タスクでも同様のテストを実施し、これらすべての分野で出力長の顕著な増加を観測しています。
この手法における課題の一つは、悪意のあるプロンプトを作成するには高価な推論モデルへの繰り返しクエリが必要となる点です。曹氏はこれがコスト効果の限界になる可能性を認めています。しかし研究者たちは、より小さく安価なモデルを使って悪意のあるプロンプトを生成した場合でも、対象モデルが通常の数倍もの長さの出力を生み出すように誘導できることを実証しました。このように悪意のあるプロンプトを異なるモデル間で転送できる能力は、攻撃の実行可能性を大幅に高めます。
しかし曹氏は、今回の研究の目的が推論モデルに対する実用的な DDoS 攻撃を開発することではないと指摘しています。プロバイダーの価格設定モデルやレート制限ポリシー、コンテキストウィンドウのサイズ、既存の防御策といった要因は、この手法の有効性に影響を与える可能性があります。真の意図は、これらのモデルが論理的に矛盾するプロンプトに対して脆弱であることを浮き彫りにし、プロバイダーが問題の緩和に取り組めるようにすることです。
「私たちの目的は、低コストで大規模な攻撃が可能であることを示すことではなく、この攻撃経路が存在することを確立することです」と曹氏は述べています。「私たちの結果は、この脆弱性が現実的なセキュリティ上の懸念であることを示しています。」
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Large language models (LLMs) that can think through problems step-by-step have significantly increased the scope of tasks that AI can tackle. But new research suggests these reasoning capabilities also introduce a critical vulnerability that could allow attackers to slow these systems to a crawl.
While earlier generations of LLMs would immediately produce a response to a user’s request, today’s most advanced models generate an internal monologue where they break down the problem into steps and reason about the best way to tackle it before providing an answer. This has allowed AI to tackle increasingly complex problems, particularly in areas like coding and math.
However, previous research has shown that these models are susceptible to sometimes producing excessively long streams of reasoning that do little to boost performance, a phenomenon known as “overthinking.” In research presented this week at the International Conference on Machine Learning 2026, in Seoul, researchers from Zhejiang University and e-commerce giant Alibaba in China demonstrate that they can deliberately induce overthinking by subjecting models to logically inconsistent prompts. The result is a form of denial-of-service attack on commercial AI models.
Evolutionary Prompt Attack on LLMs
The team has developed an evolutionary algorithm that corrupts the logical structure of prompts, causing models to spiral into overthinking as they attempt to reason through fundamentally unsolvable problems. Generating longer responses costs more and increases the load on a model provider’s servers, so if done at scale, the researchers say, this could significantly degrade the experience of legitimate users. The attack was effective against reasoning models from leading AI companies including DeepSeek-R1, Alibaba’s Qwen3-Thinking, OpenAI’s GPT-o3, and Google’s Gemini 2.5 Flash, and resulted in outputs up to 26 times as long as standard responses on a standard math benchmark.
“Across multiple datasets and reasoning models, our method substantially amplifies the output length,” Wei Cao, a master’s student at Zhejiang University, wrote in an email to IEEE Spectrum. “Our results suggest that overthinking is not an isolated phenomenon specific to individual models, but rather a shared vulnerability among modern reasoning models.”
The team’s approach builds on previous research from another group of researchers that showed reasoning models tend to overthink when faced with a question in which a key premise has been removed—such as asking how far someone who walks 10 miles a day covers in total without specifying how many days they walked for. Rather than identifying that the problem is unsolvable, models often engage in extended but ultimately fruitless reasoning loops in an attempt to answer the question.
Taking the idea a step further, the authors took 940 problems from three math benchmark datasets and used an LLM to break down their logical structure into a set of premises and a final question. The genetic algorithm then jumbled these up using a variety of “mutations,” including swapping premises between problems, adding extra premises to problems, deleting existing premises from problems, and swapping the final questions between two sets of premises.
After each round of mutations, the problems are scored on how many words they cause a target model to output and also whether they increase the frequency of specific linguistic markers of overthinking—words like “but,” “wait,” “maybe,” or “alternatively.” The problems that scored highest on both measures are retained, and the remaining ones are jumbled up again, and this process is repeated for five generations. Crucially, the approach doesn’t require access to the internals of a model and can generate malicious prompts by simply querying the target, which makes it possible to attack closed-source commercial services, says Cao.
Overthinking Vulnerability in AI Models
The researchers found that the approach consistently led to outputs several times longer than those generated by the unmodified questions for the reasoning models they tested it on. The biggest jump came from DeepSeek-R1 on the MATH dataset, which is made up of problems from high school math competitions, where the maximum output was 26.1 times as long as the longest response the model provided to unaltered questions. While the main thrust of the research was focused on math problems, the authors also tested it on coding, scientific reasoning, and dialogue challenges, and observed significant jumps in output length in all three.
One challenge for the approach is that developing the malicious prompts requires repeated queries to expensive reasoning models, which Cao admitted could limit its cost-effectiveness. However, the researchers also demonstrated that when they used a smaller, cheaper model to generate the malicious prompts, they were still able to induce the target models to produce outputs several times longer than normal. This ability to transfer malicious prompts between models significantly increases the attack’s feasibility, Cao wrote.
However, he pointed out that the goal of the research is not to develop a practical DoS attack on reasoning models. Factors like the providers’ pricing model, rate limiting policies, context window size, and existing defenses could all impact how effective the approach is. The intention is instead to highlight these models’ vulnerability to logically inconsistent prompts so that providers can attempt to mitigate the problem.
“Our objective is not to demonstrate that large-scale attacks can be launched at negligible cost, but rather to establish that this attack surface exists,” he wrote. “Our results indicate that the vulnerability represents a realistic security concern.”
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