機器學習：網(wǎng)絡(luò)攻防新利器
亞信網(wǎng)絡(luò)安全產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院副院長童寧做《機器學習驅(qū)動網(wǎng)絡(luò)安全發(fā)展》的分享
在人工智能時代，各行各業(yè)最怕聽到的是“取代”：人工智能被認為將一步步取代法官、取代速記員，取代建筑工人和出租車司機……不過，目前在許多行業(yè)，人工智能仍然只能扮演配角，網(wǎng)絡(luò)安全就是其中之一。
“就安全領(lǐng)域來講，我們把人工智能當成一種幫助安全專家更有效地工作的一個工具。在可見的未來，還是需要領(lǐng)域?qū)＜液途W(wǎng)絡(luò)安全專家來主導。”7月6日~7日，在成都召開的C3安全峰會上，亞信安全通用安全產(chǎn)品中心總經(jīng)理、亞信網(wǎng)絡(luò)安全產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院副院長童寧在接受《中國科學報》記者專訪時表示，機器學習的確提供了強有力的幫助，但在當前網(wǎng)絡(luò)攻防態(tài)勢下，機器學習也難以“一肩挑”。
不過，隨著對機器學習這件工具開發(fā)、利用得逐漸深入，網(wǎng)絡(luò)安全正在進入網(wǎng)絡(luò)攻防的新階段。
充分條件和必要條件
機器學習技術(shù)應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)安全早已有之。童寧指出，早在1986年，美國斯坦福研究中心就提出用數(shù)據(jù)統(tǒng)計來檢測網(wǎng)絡(luò)非法入侵。“利用機器學習算法對垃圾郵件進行分類，也已是20年前的事情。”
童寧介紹說，隨著移動互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，大量的設(shè)備產(chǎn)生了各式各樣的日志文件。特別是在2000年以后，在日志管理和分析方面，機器學習算法有了長足的發(fā)展。比如IBM等大型互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)就在這些方面使用了大量的機器學習算法，包括關(guān)聯(lián)分析等。
“2000年以來，機器學習所帶來的變革——比如利用機器學習算法對用戶的異常行為進行分析等開始普及起來。”童寧說。
趨勢科技資深數(shù)據(jù)科學家張佳彥從技術(shù)發(fā)展和經(jīng)濟原因兩方面，向《中國科學報》記者展示了機器學習介入網(wǎng)絡(luò)安全的“充分條件”和“必要條件”。
“從2006年開始，網(wǎng)絡(luò)病毒開始急劇增加，直到2012年達到第一個高峰期。而2012年開始進入第二個循環(huán)，更多的新病毒大量出現(xiàn)。” 張佳彥援引一組數(shù)據(jù)提出：“以2007年的數(shù)字為例，每年有約600萬個新病毒出現(xiàn)，也就是每天出現(xiàn)1.6萬個病毒。在這種情況下僅靠網(wǎng)絡(luò)安全專家分析和阻擋是不夠的，這就為機器學習的出現(xiàn)提供了充分條件。”
然而事實是，2006~2012年間，一些機器學習技術(shù)已經(jīng)被用來嘗試助陣網(wǎng)絡(luò)安防，但直到2013年機器學習技術(shù)才逐漸被安全專家所討論和強調(diào)。這背后的原因是什么？張佳彥認為其中牽涉不只是技術(shù)問題，還有經(jīng)濟原因。
原來，2006~2012年這期間，病毒的制造者已經(jīng)從單一黑客演化到有組織的黑客犯罪系統(tǒng)，目標就是為了竊取受感染電腦的資訊進行販賣。此時病毒的變種已經(jīng)非常繁多，網(wǎng)絡(luò)安全公司已開始使用機器學習對抗病毒。
然而，在這期間，用戶還不能接受機器學習的手段——這一階段的許多病毒都有潛伏期，由于沒有立即性危害，許多用戶雖已中毒但并不知情。而相比其他解決方案（如1：N病毒碼），誤判率更高的機器學習算法顯然給用戶帶來了困擾。
“這個時候即使已經(jīng)用了機器學習方案，但大家也不愿大張旗鼓地說。” 張佳彥告訴記者。
“劇情”在2012年后出現(xiàn)急轉(zhuǎn)。到了勒索軟件為代表的“網(wǎng)絡(luò)威脅時代”，緊跟著此后不易追蹤的比特幣等的出現(xiàn)，勒索病毒所造成的立即性損失（的重要性）已經(jīng)超過了機器誤判帶來的困擾，“這為機器學習參與網(wǎng)絡(luò)攻防提供了必要條件。” 張佳彥表示。
有監(jiān)督學習和無監(jiān)督學習
對于機器學習來講，最主要的兩個概念分別是“有監(jiān)督學習”和“無監(jiān)督學習”。百度安全首席架構(gòu)師武廣柱解釋說：“有監(jiān)督學習就是人們‘告訴’機器‘哪些數(shù)據(jù)是屬于哪一類的’，然后進行數(shù)據(jù)訓練；反之，無監(jiān)督學習就是不‘告訴’機器，直接由人們對最終輸出的結(jié)果進行定義。”
“有監(jiān)督的學習一開始就有人為的因素在里面，如果訓練結(jié)果不盡人意，工程師可以進行算法調(diào)整，直至它的結(jié)果達到人們的要求以后，再投入生產(chǎn)使用。”童寧介紹說。
一個有監(jiān)督學習常用的例子是，從房地產(chǎn)中介商處拿到一些房屋原始數(shù)據(jù)：年代、面積、位置、成交價等，交給機器去“學習”。產(chǎn)生的模型就可以對后來的購房者提供參考：比如輸入其預(yù)算多少錢，得出該客戶能夠在什么區(qū)位買到什么樣的房子。
童寧表示，有監(jiān)督學習的這種能力可以用于網(wǎng)絡(luò)攻防中對惡意程序、垃圾郵件的識別和對勒索病毒的防治，特別是在需要多維度識別的情況下，能夠大幅提高識別速度和效率。
無監(jiān)督學習所用的方法與有監(jiān)督學習有些不同。“機器直接根據(jù)數(shù)據(jù)自身的特征進行自動分類，但機器并不知曉所分類、聚合的特征是什么。人們再行標注具體屬性。”童寧說，無監(jiān)督學習“聚類”的優(yōu)勢，可以輕易挑出“少數(shù)派”，幫人們監(jiān)控到一些人所不易察覺的異常行為。
“通過這有監(jiān)督和無監(jiān)督學習的兩個例子，可以發(fā)現(xiàn)機器學習關(guān)鍵是，首先必須要有持續(xù)性的、高質(zhì)量的數(shù)據(jù)。因為整個的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境一直在變，機器需要學習的內(nèi)容也要隨之而變。”童寧半開玩笑說，“機器跟我們?nèi)祟愐粯樱枰?lsquo;活到老，學到老’，從而保證它的學習能力。”
更重要的一點是，無論有監(jiān)督學習還是無監(jiān)督學習，對特征的抽取和概括總結(jié)，都是由網(wǎng)絡(luò)安全專家和領(lǐng)域?qū)＜宜鶇^(qū)別出來的，因此，“必須要有解決問題的領(lǐng)域?qū)＜?rdquo;。
“我們的客戶常常問：是不是有數(shù)據(jù)專家、網(wǎng)絡(luò)安全專家就夠了？答案是否定的。必須要有領(lǐng)域內(nèi)的專家，否則抽取的特征很難去把握。”童寧指出，只有三種元素（持續(xù)高質(zhì)量的安全數(shù)據(jù)、領(lǐng)域?qū)＜?網(wǎng)絡(luò)安全專家、機器學習數(shù)據(jù)專家）協(xié)作，機器學習在網(wǎng)絡(luò)安全方面的應(yīng)用才能獲得更好的效果。
張佳彥也提出，在傳統(tǒng)機器學習所必不可缺的三大要素——數(shù)據(jù)、特征、算法之中，“最花時間的”就是網(wǎng)絡(luò)安全專家如何產(chǎn)生有效的特征：“這需要非常有經(jīng)驗的專家，還要經(jīng)過反復不斷的測試，才能得到良好的結(jié)果。”
機器學習不是“萬靈丹”
不過，在張佳彥看來，除了對安全專家的依賴，機器學習還存在一個軟肋：誤判率。
“對我來說機器學習就像‘原子彈’，它的威力無窮，但如果用得不好會傷敵一千，自損八百。”張佳彥指出：“訓練出來的模型某種程度上有不可避免的誤判率，所以我認為機器學習的重點，不僅在于可以把誤判率降低多少，更在于承認它一定有誤判率的存在。”
他認為，如何將誤判率對用戶造成的傷害和困擾降到最低，是當前機器學習更重要的議題。
“機器學習在垃圾郵件分類、惡意程序查殺方面，已經(jīng)比較成熟了。有時分錯一些郵件相對來講還可以接受，但一旦查殺錯‘惡意程序’，后果就嚴重了。”童寧作為一線安全專家深知，機器學習即便再強大也不能對其押上所有賭注。
“我們強調(diào)機器學習技術(shù)也是強調(diào)它多維識別很強，但我們并沒有放棄第一代的黑白名單、第二代的行為監(jiān)控等技術(shù)，機器學習技術(shù)再強大也只是輔助工具，這些手段綜合起來利用效果才更好。”童寧告訴《中國科學報》記者，“網(wǎng)絡(luò)攻防是永恒的主題，我們唯一能做的就是拿出各種武器，跟黑客戰(zhàn)斗到底。”
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