網(wǎng)絡(luò)安全面臨嚴峻考驗

“2016年全球互聯(lián)網(wǎng)用戶達到35億人，約占世界總?cè)丝诘囊话搿５?020年，接入互聯(lián)網(wǎng)的終端設(shè)備預(yù)計將達到120億臺。”這是來自國際電信聯(lián)盟于2017年7月發(fā)布的《全球網(wǎng)絡(luò)安全指數(shù)》中的數(shù)據(jù)。

而隨著智能設(shè)備的廣泛應(yīng)用，大規(guī)模普及的物聯(lián)網(wǎng)必將為攻擊者提供大量新機會，工作與生活的界限愈加模糊，一臺聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，只要被攻陷，從銀行等財務(wù)信息到健康等個人信息，則可能全部泄露。而在互聯(lián)時代，只要攻克一臺設(shè)備，其他設(shè)備就可能瞬間被瓦解。

這樣的事情已有先例。2016年10月，一款名為Mirai的惡意軟件侵襲了大量存在漏洞的智能攝像頭、智能網(wǎng)關(guān)、智能家電等物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，被感染后的它們瞬間變成了網(wǎng)絡(luò)中的“肉雞”設(shè)備。在工控領(lǐng)域，2010年的Stuxnet蠕蟲病毒能夠針對西門子的監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集（SCADA）系統(tǒng)進行攻擊，并通過U盤和局域網(wǎng)進行傳播。

萬物互聯(lián)，內(nèi)網(wǎng)和外網(wǎng)的邊界逐漸模糊，網(wǎng)絡(luò)泛化則成為大趨勢，比如特斯拉的汽車在各種場合都可以接入wifi，還可以接入3G/4G網(wǎng)絡(luò)，而在未來的交通中，無人駕駛車還將與交通燈、交通臺，甚至是和其他車互通互聯(lián)——這意味著更多的潛在攻擊點。

“一旦入網(wǎng)，有很多傳統(tǒng)的攻擊手段就能像攻擊電腦一樣攻擊無人駕駛車，WannaCry病毒同樣可以入侵車，這造成的問題將會更大。”德國弗勞恩霍夫應(yīng)用集成信息安全研究所認知信息安全研究組組長肖煌在接受機器之能的采訪時說。

這表明，無論是現(xiàn)在，還是將來，網(wǎng)絡(luò)安全將面臨著嚴峻的考驗。隨著人工智能被應(yīng)用于各個垂直領(lǐng)域，網(wǎng)絡(luò)安全面臨的新的挑戰(zhàn)，也為人工智能的大展身手帶來了重要的契機。

在這個新興領(lǐng)域，巨頭已經(jīng)出現(xiàn)。用人工智能預(yù)測網(wǎng)絡(luò)攻擊的Cylance公司是估值10億美元以上的獨角獸，其人工智能反病毒軟件“Cylance PROTECT”可以預(yù)測威脅的發(fā)生。該公司曾在去年演示了一項技術(shù)，在沒有網(wǎng)絡(luò)連接的情況下，僅需60 MB內(nèi)存和1%的CPU就能保護計算機免受攻擊。

人工智能于網(wǎng)絡(luò)安全：異常檢測和提升效率

在網(wǎng)絡(luò)安全領(lǐng)域，對威脅的識別，并非一蹴而就，而是漸進發(fā)展的過程。亞信網(wǎng)絡(luò)安全產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院副院長童寧在7月初舉辦的C3安全峰會上介紹，安全廠商起初通過黑白名單技術(shù)，將目標進行好/壞定性，用這樣的一維特征來識別威脅。隨后是匹配字符串這樣的二維特征，如果請求里包含某一類型的數(shù)據(jù)，就會被認定為非法。在這之后是多維特征，要辨別一個程序是好是壞，先讓它運行，再監(jiān)督它的運行過程，將運行過程中的信息形成多維特征，用于判斷。但多維特征技術(shù)的致命缺點就是開銷太大，效率低下，因此無法達到客戶要求。

在2000年以后，隨著移動互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，有大量設(shè)備產(chǎn)生各式各樣的日志，因此在日志管理和分析方面，有了長足的發(fā)展。而包括關(guān)聯(lián)分析等機器學(xué)習(xí)算法也被大量使用。

在機器學(xué)習(xí)中，童寧表示，監(jiān)督學(xué)習(xí)則是一個高效的多維度特征發(fā)現(xiàn)方法，適用于惡意程序、勒索病毒以及垃圾郵件的防治。但監(jiān)督學(xué)習(xí)也面臨著挑戰(zhàn)：一，模型的新鮮度，因為威脅每天都在變化，而監(jiān)督學(xué)習(xí)并不是每天都在學(xué)習(xí)，如果不每天學(xué)習(xí)，最新的威脅就識別不出來。二，模型的準確率，學(xué)習(xí)是一回事，但真正使用時的精度又是另一回事。三，模型的召回率，也就是說漏掉了多少威脅，有多少威脅沒有抓住。

因此，監(jiān)督學(xué)習(xí)并不是萬能的，比如反欺詐、態(tài)勢感知、用戶行為分析則更適合無監(jiān)督學(xué)習(xí)。然而，無監(jiān)督學(xué)習(xí)也面臨著另外的挑戰(zhàn)，因為無監(jiān)督學(xué)習(xí)一般是在客戶的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中進行，因而很有可能面臨投毒攻擊。

“機器學(xué)習(xí)技術(shù)的優(yōu)勢是它的多維識別能力，然而機器學(xué)習(xí)技術(shù)再強大也需要與其他手段綜合起來利用，效果才更好。”童寧說。

肖煌同樣指出，將機器學(xué)習(xí)用于網(wǎng)絡(luò)安全，在很多場景，預(yù)測精度并不能達到他們要求的0.000001的誤報標準。從這個角度來說，人工智能也只是輔助手段，還需要與傳統(tǒng)手段結(jié)合。

然而，肖煌認為，將人工智能用于網(wǎng)絡(luò)安全則有另外的優(yōu)勢，那就是提高分析效率。人工智能的典型作用是代替人類做大量重復(fù)的勞動，比如用人工智能分析影像圖片，將影像醫(yī)生從低效率的重復(fù)勞動中解放了出來。

網(wǎng)絡(luò)安全行業(yè)，也同樣如此。

數(shù)據(jù)顯示，中國目前對網(wǎng)絡(luò)安全人才的總需求量超過70萬，每年增加的人才卻不過兩三萬，缺口高達95%。而且，一個分析師每天能分析的漏洞卻是非常有限的。

“如果不通過自動化的手段，將來物聯(lián)網(wǎng)連接設(shè)備數(shù)爆發(fā)的時候，大量的信息安全隱患只依賴人來分析是不太可能的。”肖煌表示，一個信息安全分析師每天最多能看一兩千條log數(shù)據(jù)，或者一兩百個代碼片，而對人工智能來說，幾百萬條數(shù)據(jù)，只需花費幾分鐘時間。

根據(jù)肖煌的觀察，信息安全和人工智能，領(lǐng)域不同，思維方式也有一定區(qū)別，前者更偏向于系統(tǒng)工程，后者則更偏向于數(shù)學(xué)思維。因此，肖煌的很多同事認為人工智能解決的問題有限，更愿意使用傳統(tǒng)的方法，但也會朝著分析自動化的方向思考。

“我相信任何一個做信息安全的人必然要向這個方向靠攏。”肖煌希望能用趨于成熟的自動化手段完成垂直領(lǐng)域的性能提升，包括分析的效率、時效性、規(guī)模和可解釋性。

人工智能時代的攻與防

網(wǎng)絡(luò)安全是道高一尺魔高一丈的世界。安全人員使用人工智能技術(shù)阻擋黑客攻擊，反過來這也會使黑客使用人工智能技術(shù)發(fā)起更復(fù)雜的攻擊。而隨著大量人工智能模型開源，黑客入侵的工具也愈發(fā)多樣化。

肖煌表示，只要稍加學(xué)習(xí)，黑客就可以利用開源工具欺騙識別系統(tǒng)，而技術(shù)難度的降低會促使很多人成為黑客，或者是進行一些此前做不到的攻擊。

這并非杞人憂天。

在網(wǎng)絡(luò)釣魚電子郵件中已有這樣的案例，黑客通過模仿人類的說話習(xí)慣和內(nèi)容，使得企業(yè)或個人被入侵時更加難以識別。

肖煌認為，以后的病毒變種會越來越多，檢測越來越難，規(guī)模越來越大，生成的時間越來越短。

疊加在典型圖片輸入上的對抗輸入會讓分類器產(chǎn)生錯覺，誤將熊貓識別為長臂猿

2017年2月，OpenAI在發(fā)表的最新研究中，指出人工智能安全領(lǐng)域的另一大隱憂：對抗樣本。在圖像識別問題中，攻擊者將對抗樣本輸入機器學(xué)習(xí)模型，讓機器在視覺上產(chǎn)生幻覺，從而讓系統(tǒng)產(chǎn)生誤判。而在論文《解釋并馴服對抗樣本》（Explaining and Harnessing Adversarial Examples）中有一個例子：一張熊貓圖片，被加入人為設(shè)計的微小噪聲后，就導(dǎo)致系統(tǒng)將熊貓識別為長臂猿。

多年來，肖煌一直在研究對抗性機器學(xué)習(xí)，致力于攻克機器學(xué)習(xí)算法本身的缺陷。他分析道，依賴于數(shù)據(jù)的機器學(xué)習(xí)算法、深度學(xué)習(xí)算法本身存在很大的缺陷。對抗性生成網(wǎng)絡(luò)，則利用這種缺陷，設(shè)計新的架構(gòu)去生成模型。

“因為目前的機器學(xué)習(xí)嚴重依賴于數(shù)據(jù)的分布，如果數(shù)據(jù)分布本身很復(fù)雜，或者是人為地把它變得復(fù)雜，黑客如果有手段去生成惡意的樣本，就會導(dǎo)致識別不出來，或者識別錯誤。”肖煌進一步解釋。

肖煌表示，如果干擾被用在無人駕駛領(lǐng)域，后果則不堪設(shè)想。比如，在無人駕駛測試路段德國A9高速公路上，有專門的標識引導(dǎo)無人駕駛車。如果路邊的標識被惡意修改，誤導(dǎo)依賴標識的無人駕駛車，則會造成極度危險的情況。

肖煌認為，因為算法本身的缺陷，在大規(guī)模使用人工智能之后，網(wǎng)絡(luò)安全則需要更換思路，設(shè)計新的方法。

對此，他提供了以下路徑。

一，增加分析端的可解釋性。肖煌分析，如果是病毒威脅入侵，用機器學(xué)習(xí)檢測的方法，很難解決，因此希望能在信息安全泄露事故時，用統(tǒng)計學(xué)的方法理解其中的關(guān)聯(lián)，黑客如何入侵系統(tǒng)，攻擊的路徑是什么，又是哪個環(huán)節(jié)出現(xiàn)了問題，找出這些關(guān)聯(lián)，或者從因果關(guān)系圖譜角度進行分析，從而增加分析端的可解釋性。

二，目前的機器學(xué)習(xí)算法模型太復(fù)雜，需要使用大量的數(shù)據(jù)，就存在Tradeoff（權(quán)衡取舍）的情況。肖煌認為，降低算法復(fù)雜度的方法有很多，比如，引入先驗的知識，引導(dǎo)模型往一個方向?qū)W習(xí)。這樣學(xué)習(xí)的模型復(fù)雜度會降低，需要的數(shù)據(jù)也比較少。

三，信息安全情報的共享也非常重要。比如，模型存在某個缺陷，把這個缺陷提取出來，用一種高效的手段，編譯到另一種模型中去，另外的模型則無此缺陷。肖煌認為，這類似遷移學(xué)習(xí)（Transfer learning），只是遷移學(xué)習(xí)是遷移中間的學(xué)習(xí)結(jié)果，實際上中間學(xué)習(xí)出來的異常也可以遷移，從而增加算法的安全性。