benchmarking real-world-evaluation security-evaluation pentesting-agents vulnerability-discovery llm-based-matching attack-surfaces stochastic-agents
Abstract
AI pentesting agents are increasingly credible as offensive security systems, but current benchmarks still provide limited guidance on which will perform best in real-world targets. Existing evaluation protocols assess and optimize for predefined goals such as capture-the-flag, remote code execution, exploit reproduction, or trajectory similarity, in simplified or narrow settings. These tools are valuable for measuring bounded capabilities, yet they do not adequately capture the complexity, open-ended exploration, and strategic decision-making required in realistic pentesting. In this paper, we present a practical evaluation protocol that shifts assessment from task completion to validated vulnerability discovery, allowing evaluation in sufficiently complex targets spanning multiple attack surfaces and vulnerability classes. The protocol combines structured ground-truth with LLM-based semantic matching to identify vulnerabilities, bipartite resolution to score findings under realistic ambiguity, continuous ground-truth maintenance, repeated and cumulative evaluation of stochastic agents, efficiency metrics, and reduced-suite selection for sustainable experimentation. This protocol extends the state of the art by enabling a more realistic, operationally informative comparison of AI pentesting agents. To enable reproducibility, we also release expert-annotated ground truth and code for the proposed evaluation protocol: https://github.com/jd0965199-oss/ethibench.
한국어 요약
📋 한 줄 요약
**[AI 보안 / 펜테스팅 평가]** AI 펜테스팅 에이전트를 실제 환경의 "검증된 취약점 발견" 기준으로 평가하는 실용적 평가 프로토콜과 EthiBench를 제안합니다.
🎯 핵심 기여도
- 기존 CTF·RCE 재현·궤적 유사도 기반 평가가 실세계 펜테스팅의 개방형 탐색을 반영하지 못함을 지적
- 평가 기준을 "사전 정의 목표 달성"에서 "검증된 취약점 발견"으로 전환하는 평가 프로토콜 제안
- LLM 기반 시멘틱 매칭 + 이분 매칭(bipartite resolution)으로 실제 모호성 속에서 발견을 점수화
- 효율성 지표, 누적 평가, 축소 테스트 세트 선정까지 포함한 지속 가능 평가 도구 EthiBench 공개
💡 핵심 아이디어
실제 공격자는 정답지가 없는 환경에서 다중 공격면을 탐색해 새로운 취약점을 찾습니다. 그러나 현행 벤치마크는 좁고 정형화된 목표를 기준으로 평가해 실제 환경에서 어떤 에이전트가 더 유용할지 알려주지 못합니다. 이 논문은 평가의 단위를 "검증된 발견(validated finding)"으로 바꿔, 모호하고 확률적인 에이전트도 공정하게 비교합니다.
🔬 기술적 접근법
- **모델/방법론**: 다중 공격면·다중 취약점 유형의 복잡 타깃에서 구조화된 ground-truth와 에이전트 발견을 매칭하는 평가 프로토콜
- **핵심 기법**: LLM 시멘틱 매칭 기반 취약점 동치 판별 → 이분 매칭으로 발견을 1:1 점수화 → 지속적 ground-truth 갱신과 확률적 에이전트의 반복 평가, 축소 테스트 세트 선정으로 실험 비용 관리
📊 주요 결과
- 작업 완료 중심이 아닌 실제 취약점 발견 중심으로 에이전트를 운영적으로 비교 가능
- 구조화된 ground-truth와 자동 매칭이 결합돼 다중 공격면 환경에서도 재현 가능한 점수 도출
- EthiBench로 평가 코드·전문가 주석 ground-truth 공개해 재현성·확장성 확보
💭 의의 및 한계
**의의**: AI 펜테스팅 에이전트 분야의 평가 표준을 실세계 운영 기준으로 끌어올려, 차세대 공격형 보안 시스템 비교 기반을 마련합니다. **한계**: LLM 기반 시멘틱 매칭의 오판 가능성과 ground-truth 유지 비용이 존재하며, 평가 결과의 윤리·법적 활용 가이드는 추가 정립이 필요합니다.
🚀 실용적 활용
- 사내 보안팀이 AI 펜테스팅 도구를 도입할 때 운영 적합성을 판단하는 평가 표준
- 레드팀 자동화 도구 벤더 비교·선정용 객관 지표
- AI 보안 에이전트 연구의 새로운 표준 평가 환경