AIと機械学習
データセンターは通常でも電力会社に負荷をかけますが、破壊を目的として設計されたワークロードなら何が起こり得るか想像してみてください
AIデータセンターは通常時でも電力網に大きな負担をかけますが、悪意ある人物がすべてのGPUを掌握し、危害を加えようとしたら何が起こるでしょうか。中国のセキュリティ研究者らは、悪意あるテナントがインフラプロバイダーを攻撃し、停電や設備損傷を引き起こし得る手法を考案しました。
この攻撃は「Bit2Watt」と名付けられており、攻撃者が正規のクラウドテナントを装ってGPUワークロードを起動し、データセンターとそれを支える電力システムに損害を与える可能性を示すシナリオを想定しています。この研究は、サイバーセキュリティ防御をデータセンターのワークロードスケジューリングにまで拡張する必要性を示すことを目的としています。
中国・杭州の浙江大学に所属する研究者Zhouhao Ji氏、Kaikai Pan氏、Wenyuan Xu氏は、この手法を「Bit2Watt: A Cyber-Physical Vulnerability Exploiting GPU Workloads Across Power and Computing Infrastructures」と題したプレプリント論文で説明しています。
AIトレーニングワークロードは、データセンター運用者にとって既知の課題です。Microsoft、Nvidia、OpenAIが2025年の研究論文でAIトレーニング中の電力安定化の必要性を訴えているように、GPU演算からGPUデータ同期への切り替わりによって大きな電力変動が発生します。そして、この電力変動の周波数スペクトルが「電力会社の重要な周波数と共振した場合、電力網インフラに物理的な損害を与える可能性がある」としています。
MetaのLlama 3トレーニングに関する論文でも、AIトレーニングが電力網にもたらすリスクについて言及されています。
同論文では次のように述べられています。「トレーニング中、数万台ものGPUが同時に消費電力を増減させる場合があります。例えば、すべてのGPUがチェックポイント処理や集団通信の完了を待っている場合や、トレーニングジョブ全体の開始・終了時などです。これが起こると、データセンター全体で消費電力が数十メガワット規模で瞬間的に変動し、電力網の限界に近づくことがあります」
Bit2Wattは、このシナリオを悪用し、攻撃者が悪意あるGPUワークロードを使ってデータセンターと電力インフラを不安定化させ得ると提唱しています。
浙江大学の研究者らは論文の中で、「私たちの結果によれば、GPU負荷は6,000Hzを超える変調周波数に達する可能性があり、これはエアコンなど一般的な家庭用負荷で観測されるわずか数ヘルツと比べて非常に高い水準です」と述べています。「このような高周波の変調は、電圧の逸脱、高調波歪み、減衰特性の悪化を大きく引き起こす可能性があります」
研究者らの主張によれば、太陽光発電などの分散型エネルギー資源を主体とする1MW規模の地域電力網に対し、1,000台のGPUを用いて攻撃を行った場合、総合的な高調波歪み率が46.8%に達する可能性があります。これは電流のほぼ半分が非生産的な用途に浪費されることを意味し、通常より約20%多い熱を発生させることになります。
研究者らは、「これは計算機器の可用性を脅かすだけでなく、負の減衰比マイナス0.27を生み出し、システムに不安定なモードをもたらします」と主張しています。「保護機能が作動して計算負荷が遮断されると、連鎖的な障害が引き起こされる可能性があり、大規模な電力システムでは80%を超える範囲での停電に至る恐れもあります」
研究者らによると、この攻撃は認可されたワークロード実行経路の内部で行えるため比較的隠密性が高く、クラウドプロバイダーの監視フレームワークでは見逃される可能性が高いといいます。そのため彼らは、インフラプロバイダーがサイバー層と物理層の両方にまたがる防御を連携させ、悪意ある計算パターンを検知すべきだと提言しています。また、電力需要の急増に対応するための、ローカルなエネルギー緩衝システムの必要性も強調しています。
Bit2Wattはまた、「Watt2Bit」と呼ばれるサイドチャネル攻撃への道も開く可能性があります。研究者らは、悪意あるワークロードによってハードウェアに生じる電気的・熱的ストレスがサービス拒否(DoS)を引き起こすと同時に、電力変調を介したデータの隠密な窃取も可能にすると指摘しています。概念実証として、研究者らは周波数偏移変調(FSK)方式のエンコーディングを用いて、50ビットのテストシーケンスを復元できることを示しました。
研究者らは、「これらの知見は、電力インフラと計算インフラが融合する中で、セキュリティ対策を領域横断的に取り組む必要があるという根本的な転換を浮き彫りにしています。ワークロードの挙動、パワーエレクトロニクス、電力網のダイナミクスを考慮した、連携的な防御が求められます」と結論付けています。®
