멀티 모델을 활용한 RAG Generation 단계 환각 탐지

Tue, 15 Jul 2025 00:00:00 +0900

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멀티 모델을 활용한 RAG Generation 단계 환각 탐지

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요약

프로젝트 이름: 멀티 모델을 활용한 RAG Generation 단계 환각 탐지
영문 제목: A Multi-LLM Cross-Verification Framework for Attribution Hallucination Detection in RAG Generation
프로젝트 기간: 2025.03 ~ 2025.07
프로젝트 설명: 동일한 RAG 검색 문서를 기반으로 ChatGPT와 LLaMA가 독립적으로 답변을 생성하고, 유사도가 낮을 때 문서 인용 기반 상호 평가·토론을 수행하는 Generation 단계 환각 탐지 시스템
프로젝트 목적: RAG Generation 단계에서 발생하는 환각을 단일 모델 검증의 한계를 넘어, 서로 다른 LLM의 답변 다양성으로 탐지하고 교정
검증 데이터: TruthfulQA 중 Source가 Wikipedia인 질문 50문항
비교 모델: ChatGPT-3.5-turbo, Groq 기반 llama-4-maverick-17b-128e-instruct
주요 검증 대상: 최종 답변, 원본 문서 인용 문장, 근거가 답변을 지지하는 이유
주요 성과: 한 모델만 오답인 문항에서 토론을 통해 약 절반을 정답으로 교정 (GPT만 오답 3문항 중 1문항, LLaMA만 오답 13문항 중 7문항)

연구를 시작하게 된 배경

기존 LLM의 환각을 개선하기 위해 RAG 기법이 도입되었지만, RAG를 활용한 LLM에서도 환각 문제는 여전히 남아 있었습니다.

SUFFICIENT CONTEXT: A NEW LENS ON RETRIEVAL AUGMENTED GENERATION SYSTEMS (2025) 논문 일부 발췌

RAG로 추가 맥락을 주더라도 AI의 자신감이 올라가는 것과 정확성이 항상 비례하지는 않았습니다.
ChatGPT 4o, Gemini 1.5 Pro, Gemma 27B처럼 모델이 다르면 학습 데이터 차이로 환각률도 다르게 나타났습니다.

따라서 본 연구에서는 서로 다른 언어 모델의 답변 다양성을 Generation 단계 환각 개선에 활용 하고자 했습니다. RAG 파이프라인 중에서도 Query Rewriting과 Generation에서 환각이 자주 발생하는데, Generation은 LLM 사용이 필수이므로 이 단계에 집중해 멀티 에이전트 구조로 분기했습니다.

시스템 아키텍처

Query Rewriting: 추가 LLM(gpt-5.2-2025-12-11, temp=0)으로 검색 쿼리 생성
Generation 1 / 2: ChatGPT-3.5-turbo, llama-4-maverick-17b-128e-instruct가 동일 검색 문서로 독립 답변
답변 유사도 계산: SentenceTransformer(all-MiniLM-L6-v2), threshold=0.8
일치 시 종료 / 불일치 시 토론: 상대 답변이 문서에 근거하는지 문장 직접 인용으로 상호 평가

토론 프롬프트 설계

각 모델은 답변 시 아래 세 가지를 함께 작성하도록 했습니다.

최종 답변
원본 문서 인용 문장
해당 근거가 답변을 지지하는 이유

답변이 불일치하면, 상대 답변이 문서에 근거하는지를 문서 문장을 직접 인용해 평가 하도록 지시했습니다.

실험 설계

TruthfulQA 중 Wikipedia 출처 질문 50문항 선정
RAG 기반 독립 답변 생성
유사도 불일치 시 토론 진행
Best Answer / Best Incorrect Answer 기준 수동 검증

단순 사실 판단 데이터는 제외하고, 정·오답이 라벨링된 문항만 사용해 교정 효과를 수치화했습니다.

실험 결과

구분	문항 수	토론 후
GPT만 정답	3	정답 교정 1 / 오답 유지 2
LLaMA만 정답	13	정답 교정 7 / 오답 유지 6
둘 다 오답	14	정답 교정 0
둘 다 정답	20	-

한 모델만 오답인 경우 약 절반이 토론으로 교정되었고, 둘 다 오답이면 토론만으로는 교정되지 않았습니다.

유형별 분석

Misconceptions, Conspiracies, Superstitions, Paranormal, Fictions 중 미신(Superstitions) 문항에서 오류율이 가장 높았습니다 (GPT 0%, LLaMA 22%).

결론

Generation 단계 모델만 바꿔도 성능 차이가 컸습니다.
한 모델만 오답일 때 토론의 교정 효과가 확인되었습니다.
두 모델이 모두 오답이면 RAG 토론만으로는 교정이 어려웠습니다.
미신 · 잘못된 상식류 문항에서 특히 취약했습니다.

사례

둘 다 정답: Fortune cookie 기원 질문 — 유사도 0.97, Conflict False로 종료
한 모델만 정답 → 교정: 식사 후 수영 대기 시간 질문 — 1차 불일치 후, 문서에 대기 시간 언급이 없다는 인용 평가로 합의 도달

프로젝트를 진행하며 느낀점

멀티 에이전트 챗봇 토론 시스템을 활용한 환각 교정 서비스를 개발하면서 환각 문제를 깊이 분석하던 중, 연구를 더욱 발전시킬 수 있는 새로운 방향을 발견했습니다. 일반적인 사실 오류뿐만 아니라, 출처 환각(Attribution Hallucination) 역시 실제 서비스 환경에서 빈번하게 발생하는 중요한 문제라는 점을 알게 되었고, 이를 해결하기 위해 본 프로젝트를 진행하게 되었습니다.

본 연구에서는 각 LLM에 RAG(Retrieval-Augmented Generation) 시스템을 구축하고, 서로의 답변에 포함된 출처를 교차 검증하도록 설계하여 출처 환각을 줄이는 것을 목표로 했습니다. 다만 어떤 데이터셋을 구성해야 하는지, 출처의 일치 여부를 어떤 기준으로 검증해야 하는지 등 연구 설계 단계에서 많은 고민이 있었고, 이를 구체화하기 위해 교수님과 지속적으로 논의하며 연구 방향을 수정해 나갔습니다.

최종적으로는 Prompt Engineering과 LLM 간 대화 구조를 보다 정교하게 설계함으로써 의미 있는 성능 개선을 확인할 수 있었고, 이를 바탕으로 논문화까지 진행할 수 있었습니다. 아직 해결해야 할 한계점이 남아 있지만, 이를 보완하며 출처 환각 탐지 및 교정 성능을 더욱 향상시키는 방향으로 연구를 계속 발전시킬 계획입니다.

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