adversarial-prompts llms activation-steering fairness demographic-representations output-bias mortgage-underwriting latent-bias
Abstract
Instruction-tuned language models exhibit behavioural fairness in high-stakes decisions while retaining biased associations in their internal representations. However, whether these suppressed representations can affect model outputs - and whether such causal potency is symmetric across demographic groups - remains unknown. We investigate the use of open-weight models for mortgage underwriting using matched applications that differ only in racially-associated names and reveal a critical disconnect: models show no output-level bias, yet retain and amplify demographic representations across model layers. Through activation steering and novel cross-layer interventions, we demonstrate that this suppressed information is decision-relevant: when reinjected at critical layers, it produces near-complete decision reversals. Critically, this latent bias is asymmetric - steering interventions affect decisions in one demographic direction, while producing minimal effects in reverse - and susceptible to adversarial prompt engineering and parameter-efficient fine-tuning. These findings demonstrate that behavioural audits focused on outputs are insufficient: fair outputs can mask exploitable internal biases. They also motivate dual-layer testing frameworks combining output evaluation with representational analysis for AI governance in high-stakes decisions.
한국어 요약
📋 한 줄 요약
**[AI 공정성 / 해석가능성]** instruction-tuned LLM이 출력은 공정해 보여도 내부 표현에는 편향이 잠재해 있으며, 그 편향이 비대칭적으로 의사결정을 뒤집을 수 있음을 모기지 심사 사례로 실증.
🎯 핵심 기여도
- instruction-tuned LLM이 고위험 의사결정에서 행동 공정성을 보이는 듯하지만 내부 표현에는 인종 등 인구통계학적 연관이 남아 있다는 가설을 정식화.
- 인종 연관 이름만 다른 매칭된 모기지 신청을 사용해 출력 수준에서는 편향이 없지만 모든 레이어에서 demographic 표현이 유지·증폭됨을 실증.
- activation steering과 새로운 cross-layer intervention을 통해 이 잠재 정보가 의사결정에 인과적으로 영향을 준다는 점, 즉 임계 레이어에서 재주입되면 의사결정이 거의 완전히 역전됨을 보임.
- 잠재 편향이 한쪽 demographic 방향으로 의사결정을 옮기는 비대칭적 형태이며, 적대적 프롬프트 엔지니어링·PEFT로 악용 가능함을 확인.
💡 핵심 아이디어
behavioural audit이 출력에서 공정함을 보장하더라도, 내부 표현에 남은 demographic 정보는 비대칭적 인과력으로 작동할 수 있다. 진정한 AI 거버넌스는 출력 평가와 표현 분석을 결합한 dual-layer testing을 필요로 한다.
🔬 기술적 접근법
- **모델/방법론**: open-weight LLM을 모기지 심사 시나리오에 적용, 인종 연관 이름만 다른 매칭 사례 분석.
- **핵심 기법**: 매칭된 입력 비교를 통한 출력 공정성 측정, activation steering·cross-layer intervention으로 인과 영향력 측정, demographic 표현 추적 및 적대적 프롬프트·PEFT 취약성 분석.
📊 주요 결과
- 출력 수준에서는 편향이 없으나 레이어 전반에서 demographic 표현이 유지·증폭됨.
- 임계 레이어에서 잠재 편향을 재주입하면 의사결정이 거의 완전히 역전됨.
- 영향은 비대칭적이며 적대적 프롬프트·PEFT로 부분적 활성화 가능.
💭 의의 및 한계
**의의**: 출력 기반 공정성 감사의 근본적 불충분함을 인과적으로 입증, 고위험 의사결정에서의 dual-layer testing 프레임워크 정당성 확보. **한계**: 한 도메인(모기지 심사)·특정 open-weight 모델군에 기반, 다른 고위험 도메인·closed-weight 모델로의 일반화는 추가 검증 필요.
🚀 실용적 활용
- 금융·고용·의료 등 고위험 LLM 도입 시 표현 분석을 포함한 거버넌스 감사.
- LLM 공정성 연구의 dual-layer 평가 표준 설계.
- AI 안전·정렬 연구에서 잠재 편향 탐지 기법 개발.