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發(fā)布時(shí)間： 2018年04月03日
“基因檢測(cè)”算法可以運(yùn)用于網(wǎng)站“指紋”的精準(zhǔn)識(shí)別？這看似跨度很大的想法卻在電子科技大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院2013級(jí)直博生卓中流的努力下變?yōu)榱爽F(xiàn)實(shí)。
由于受到生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的基因序列檢測(cè)算法的啟發(fā)，卓中流提出了一種高效的網(wǎng)站指紋檢測(cè)算法，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)模型無法對(duì)多級(jí)頁(yè)面跳轉(zhuǎn)進(jìn)行建模的缺陷，同時(shí)提高了單一網(wǎng)頁(yè)的檢測(cè)準(zhǔn)確率。
這項(xiàng)成果是基因序列檢測(cè)算法在網(wǎng)絡(luò)流量識(shí)別和針對(duì)僵尸網(wǎng)、暗網(wǎng)等檢測(cè)方面的初次運(yùn)用，為流量識(shí)別領(lǐng)域和網(wǎng)站指紋檢測(cè)領(lǐng)域提供了新思路。相關(guān)論文已經(jīng)發(fā)表在了信息安全領(lǐng)域頂級(jí)期刊IEEE Transactions on Information Forensics and Security上。卓中流為第一作者，明尼蘇達(dá)大學(xué)雙城分校教授Zhi-li Zhang為共同作者，電子科技大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院（網(wǎng)絡(luò)空間安全學(xué)院）教授張小松為論文通訊作者。
突發(fā)奇想：借用“基因檢測(cè)”算法
從“比特幣”到海外代購(gòu)，跨境交流和貿(mào)易往來從未像今天這樣方便快捷，但是隨之而來的網(wǎng)絡(luò)犯罪、境外網(wǎng)絡(luò)詐騙等案件也如影隨形。暗網(wǎng)和僵尸網(wǎng)檢測(cè)成為現(xiàn)代社會(huì)網(wǎng)絡(luò)安全重要議題。
研究者們針對(duì)以上問題提出了一種新的解決思路——網(wǎng)站“指紋”識(shí)別。所謂網(wǎng)站“指紋”，指的是訪問該網(wǎng)站時(shí)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)包產(chǎn)生的特有信道特征。但是這種技術(shù)目前距離“實(shí)戰(zhàn)”還有較大的距離，尤其是在面對(duì)網(wǎng)頁(yè)的“多級(jí)頁(yè)面跳轉(zhuǎn)”等問題時(shí)依然束手無策。如何進(jìn)一步提高網(wǎng)站指紋識(shí)別的能力，卓中流發(fā)現(xiàn)了一個(gè)新方法。
2016年3月，卓中流無意間看到一篇SCI四區(qū)的論文，研究的是如何用“生物基因序列”來做應(yīng)用識(shí)別。他隱約感到，既然都是用于“識(shí)別”，那么“生物基因序列”的方法很可能與網(wǎng)站指紋識(shí)別有一定的交集。
卓中流抓住了這個(gè)靈光乍現(xiàn)的念頭，此后的五個(gè)月里，他查詢了大量參考文獻(xiàn)和資料。由于在準(zhǔn)備申請(qǐng)公派留學(xué)，他沒有太多時(shí)間去做實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，直到于2016年10月到美國(guó)明尼蘇達(dá)大學(xué)雙城分校，他才真正地開始深入研究。
在明尼蘇達(dá)大學(xué)雙城分校，卓中流師從Zhi-li Zhang開展研究工作。巧的是，在這里他再次接觸到了用“生物基因序列”來做“流量識(shí)別”的文章，這更加堅(jiān)定了他的想法：生物基因序列的方法一定可以用來識(shí)別網(wǎng)站指紋。
克服阻礙：做一個(gè)修行的“苦行僧”
從2016年10月到2017年2月，卓中流只專注這一件事情。在這個(gè)過程中，他遇到的第一個(gè)難題就是，把“生物基因序列”方法用到網(wǎng)站指紋識(shí)別上的理論依據(jù)何在？經(jīng)人指點(diǎn)之下，卓中流把目光投向生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。
“查找文獻(xiàn)的過程還是很艱難的，因?yàn)槲覜]有太多生物學(xué)的知識(shí)，只能一點(diǎn)一點(diǎn)地查找關(guān)鍵的理論?！彼f，自己從高中畢業(yè)后就沒有再摸過生物學(xué)的課本，沒想到這么多年后還要“朝花夕拾”。查詢了大量資料后，他將一些生物學(xué)的理論知識(shí)融入到論文當(dāng)中。
打好了理論基礎(chǔ)只是研究的“前奏”，更加艱苦的工作其實(shí)還在后面。
卓中流完成初稿后，立即把論文投給了IEEE Transactions on Information Forensics and Security。投稿后，他其實(shí)已經(jīng)作好了“大修”的準(zhǔn)備。到了5月中旬，初審意見回復(fù)，審稿人建議卓中流補(bǔ)充實(shí)驗(yàn)和數(shù)據(jù)以便更好地說明觀點(diǎn)，他立即按照意見進(jìn)行修改。
補(bǔ)充實(shí)驗(yàn)和數(shù)據(jù)的過程，卓中流簡(jiǎn)直像是一個(gè)修行的“苦行僧”。他用網(wǎng)絡(luò)“爬蟲”訪問了1000多個(gè)網(wǎng)站，每個(gè)網(wǎng)站至少爬取20次以上；在幾萬次程序運(yùn)行中，還要解決“網(wǎng)絡(luò)抖動(dòng)”等問題。由于不同網(wǎng)站具有不同的結(jié)構(gòu)，反饋的結(jié)果也大相徑庭，他需要不斷調(diào)整自己的程序運(yùn)行規(guī)則。
有一次，程序運(yùn)行到凌晨4點(diǎn)突發(fā)斷網(wǎng)，他趕緊從被窩里爬出來，去調(diào)整數(shù)據(jù)接口。這次之后，為避免再次出現(xiàn)這種情況，他在爬取網(wǎng)站時(shí)，每隔2個(gè)小時(shí)就去看看程序運(yùn)行情況。后來，干脆在手機(jī)上專門裝了一個(gè)遠(yuǎn)程控制軟件，可以實(shí)時(shí)監(jiān)控程序運(yùn)行情況，“連吃飯時(shí)都要時(shí)不時(shí)查看手機(jī)”。
終成正果：交叉學(xué)科帶來的大效果
經(jīng)過了無數(shù)個(gè)日夜的“修行”，卓中流把經(jīng)過大修大補(bǔ)之后的論文發(fā)了出去，翹首以盼。最終論文順利發(fā)表在了IEEE Transactions on Information Forensics and Security上，它是中國(guó)計(jì)算機(jī)學(xué)會(huì)推薦的網(wǎng)絡(luò)安全方向僅有的三個(gè)A類頂級(jí)期刊之一，這無疑讓卓中流感到所有的辛苦付出都有了回報(bào)。
卓中流將“基因檢測(cè)”算法運(yùn)用于網(wǎng)站“指紋”識(shí)別的一閃靈光，取得了意想不到的效果。在有背景噪聲的情況下，采用傳統(tǒng)的解決方案，網(wǎng)站的流量特征識(shí)別率會(huì)變低，無法完全反映流量特征。而卓中流在論文中給出了一個(gè)識(shí)別更加穩(wěn)定的算法，能夠更好地匹配網(wǎng)站的流量特征。
同時(shí)，傳統(tǒng)的解決方法都只是在某個(gè)網(wǎng)頁(yè)的超鏈接構(gòu)建網(wǎng)頁(yè)指紋，而卓中流的方法能夠把多個(gè)網(wǎng)頁(yè)的超鏈接結(jié)合起來，構(gòu)建一個(gè)更長(zhǎng)、更詳細(xì)的網(wǎng)站指紋，實(shí)現(xiàn)了從部分到整體的飛躍。這就相當(dāng)于基因測(cè)序工作從“單個(gè)基因檢測(cè)”一下子躍升到了“人類基因組測(cè)序”，因此，它能更加真實(shí)地顯現(xiàn)用戶的訪問路徑。
據(jù)了解，這項(xiàng)流量特征識(shí)別技術(shù)除了能在網(wǎng)站指紋方面進(jìn)行使用外，同樣能用于對(duì)病毒的防護(hù)，因?yàn)樗梢越o病毒建立特征序列和“基因圖譜”，從而能夠很高效地撕下電腦病毒的偽裝，防止病毒“蒙混過關(guān)”。未來，這種方法還可能在網(wǎng)絡(luò)攻防中有所建樹，尤其是隨著互聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)越來越深入地滲透到社會(huì)的方方面面，這項(xiàng)技術(shù)也會(huì)在我們的生活中起到越來越重要的作用。
“交叉學(xué)科研究確實(shí)讓人受益匪淺！”卓中流說，以開放的態(tài)度吸收借鑒其他領(lǐng)域的智慧，可以讓我們有更加寬廣的學(xué)術(shù)視野，讓我們的思維變得更加“活”起來。
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