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专利号: 2023115541945
申请人: 河北师范大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-10-10
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种网络安全态势预测方法,其特征在于,所述方法包括:

获取多个待测流量数据;多个待测流量数据包括待测网络中的所有流量数据;

将各所述待测流量数据分别输入流量分类模型中,得到对应的攻击类型;所述流量分类模型是利用樽海鞘群算法,基于多个历史流量数据和对应的攻击类型标签对GResNeSt模型进行训练得到的,所述GResNeSt模型基于GC网络和ResNeSt网络构建;

基于各所述待测流量数据的攻击类型,确定对应待测流量数据的攻击影响;

根据所有所述待测流量数据的攻击影响,确定所述待测网络的网络安全态势值;

流量分类模型的确定过程,包括:

获取多个历史流量数据和对应的攻击类型标签;

基于GC网络和ResNeSt网络构建GResNeSt模型;

利用樽海鞘群算法,以各历史流量数据为输入,以对应的攻击类型标签为输出,对GResNeSt模型进行训练,得到流量分类模型;

樽海鞘群算法模拟了樽海鞘在海洋中航行和觅食时的集群行为,樽海鞘种群由两类组成:领导者和追随者;领导者是链条中的第一个樽海鞘,其余的都是追随者;位于链条最前面的个体引导整个种群进行觅食,其余个体仅受前一个个体的引导来更新自己的位置;樽海鞘群算法定义了樽海鞘在o维搜索空间中的位置,其中,o表示需要求解的变量数量;领导者的位置更新如下:其中,Fg表示食物在第g个维度中的位置;ubg和lbg分别表示第g个维度的上限和下限;

表示领导者在第g个维度上的位置;c1、c2和c3均表示控制参数;

其中,l表示第l次迭代次数;L表示允许的最大迭代次数;

控制参数c2和c3是范围从0到1的随机数;

跟随者的位置更新遵循牛顿运动定律,表示为:

其中, 表示第h个樽海鞘在第g个维度上的位置,h>1;t表示时间;a表示加速度;v0表示初速度;

利用樽海鞘群算法来搜索GResNeSt模型的最优参数,设置最大迭代次数为12,族群大小设置为6,搜索最佳参数时的评估函数为均方误差;

将最优超参数应用于GResNeSt模型;

GResNeSt模型,包括:依次连接的卷积模块、第一GResNeSt模块、第二GResNeSt模块、第三GResNeSt模块、第四GResNeSt模块、全局平均池化模块和全连接模块;

第一GResNeSt模块包括两个连接的GResNeSt网络;

第二GResNeSt模块和第三GResNeSt模块均包括四个依次连接的GResNeSt网络;

第四GResNeSt模块包括一个GResNeSt网络;

GResNeSt网络包括依次连接的GC网络和ResNeSt网络;

ResNeSt网络,包括:输入模块、分支结构、分裂注意力模块、拼接模块和加法模块;

GResNeSt模型由形成序列结构的六个部分组成;第一部分为卷积模块,采用3×3卷积;

第二部分为第一GResNeSt模块,由两个连接的GResNeSt网络组成,其中,GResNeSt网络的卷积核数量为32,基数组数量k为2,基数超参数r为4;第三部分为第二GResNeSt模块,由四个依次连接的GResNeSt网络组成,其中,GResNeSt网络的卷积核数量为64,基数组数量k为4,基数超参数r为4;第四部分为第三GResNeSt模块,由四个依次连接的GResNeSt网络组成,其中,GResNeSt网络的卷积核数量为128,基数组数量k为4,基数超参数r为4;第五部分为第四GResNeSt模块,由一个GResNeSt网络组成,其中,GResNeSt网络的卷积核数量为256,基数组数量k为1,基数超参数r为2;第六部分以全局平均池化模块和全连接模块作为输出;

GResNeSt网络的执行过程包括:执行ResNeSt网络和执行GC网络,具体如下:执行ResNeSt网络:将大小为H×W×C的流量数据X输入GResNeSt网络后,H为高度,W为宽度,C为通道数,X被划分为k个基数组,其中,第k个基数组的输出表示为其大小为H×W×c′/k,其中,c′/k为基数组中卷积核的数量;接着连接所

1 2 k 1

有基数组的输出以获得V=Concat{V ,V ,…,V },V的大小为H×W×C',其中,V 表示第1个2

基数组的输出,V表示第2个基数组的输出;在连接基数组的输出后,添加一个具有C个卷积核的卷积层;使用短路连接后,输出为Y=X+V,Y的大小为H×W×C;

ResNeSt网络是一个新的ResNet变体,ResNeSt网络由分裂注意力操作和特征图组组成,ResNeSt网络的具体思想如下:首先,在ResNeSt网络中输入大小为H×W×C的特征图,然后通过分支结构将特征图划分为k个基数组,并在基数组中再次划分,划分后的分裂数由基数超参数r表示,因此,总共会有G=k×r个特征图组,每个分裂中分别使用1×1和3×3卷积;最后,通过分裂注意力模块为不同的特征图组分配不同的权重,将ResNeSt网络中所有分裂注意力模块的输出特征进行拼接,并将拼接后的输出特征图和输入特征图进行逐元素相加操作并输出;

k

在ResNeSt网络中,每个分裂注意力模块使用通道软注意进行聚合,V的第c个通道的输出 的计算公式如下:其中,UR(k‑1)+j表示第k个基数组中第j个分割输出的特征信息; 表示第k个基数组中第c个通道的第j个分割输出的分配权重;j表示分割输出的总数;

k

其中, 表示根据全局上下文表示s确定的第c个通道的第j个分割输出的权重;

执行GC网络:将Y用作上下文建模模块的输入,然后将上下文建模模块输出的特征图用作变换模块的输入,以得到输出特征图Z,Z的大小为1×1×C;最后,使用短路连接将Z和Y之间通过广播逐元素加法得到的输出连接到初始输入X,从而得到最终输出在GC网络中,上下文建模模块的具体操作为采用1×1大小的卷积Wk和softmax函数来获得注意力权重,然后进行注意力池化以获得全局上下文特征;变换模块中采用两个1×1大小的卷积来获得通道之间的依赖关系。

2.根据权利要求1所述的网络安全态势预测方法,其特征在于,基于各所述待测流量数据的攻击类型,确定对应待测流量数据的攻击影响,包括:基于各所述待测流量数据的攻击类型,确定对应待测流量数据的指标值;所述指标值包括:机密性指标值、完整性指标值和可用性指标值;

根据各所述待测流量数据的指标值,计算定对应待测流量数据的攻击影响。

3.根据权利要求1所述的网络安全态势预测方法,其特征在于,根据所有所述待测流量数据的攻击影响,确定所述待测网络的网络安全态势值,包括:基于所有所述待测流量数据的攻击影响,利用网络安全态势值计算公式,计算所述待测网络的网络安全态势值;其中,网络安全态势值计算公式为:其中,NSSV表示网络安全态势值;n表示属于第i种攻击类型的流量数据的数量;Pi表示属于第i种攻击类型的流量数据;Ti表示属于第i种攻击类型的流量数据的攻击影响;N表示流量数据的总数。

4.一种网络安全态势预测系统,其特征在于,所述系统包括:

待测流量数据获取模块,用于获取多个待测流量数据;多个待测流量数据包括待测网络中的所有流量数据;

攻击类型确定模块,用于将各所述待测流量数据分别输入流量分类模型中,得到对应的攻击类型;所述流量分类模型是利用樽海鞘群算法,基于多个历史流量数据和对应的攻击类型标签对GResNeSt模型进行训练得到的,所述GResNeSt模型基于GC网络和ResNeSt网络构建;

攻击影响计算模块,用于基于各所述待测流量数据的攻击类型,确定对应待测流量数据的攻击影响;

网络安全态势值确定模块,用于根据所有所述待测流量数据的攻击影响,确定所述待测网络的网络安全态势值;

流量分类模型的确定过程,包括:

获取多个历史流量数据和对应的攻击类型标签;

基于GC网络和ResNeSt网络构建GResNeSt模型;

利用樽海鞘群算法,以各历史流量数据为输入,以对应的攻击类型标签为输出,对GResNeSt模型进行训练,得到流量分类模型;

樽海鞘群算法模拟了樽海鞘在海洋中航行和觅食时的集群行为,樽海鞘种群由两类组成:领导者和追随者;领导者是链条中的第一个樽海鞘,其余的都是追随者;位于链条最前面的个体引导整个种群进行觅食,其余个体仅受前一个个体的引导来更新自己的位置;樽海鞘群算法定义了樽海鞘在o维搜索空间中的位置,其中,o表示需要求解的变量数量;领导者的位置更新如下:其中,Fg表示食物在第g个维度中的位置;ubg和lbg分别表示第g个维度的上限和下限;

表示领导者在第g个维度上的位置;c1、c2和c3均表示控制参数;

其中,l表示第l次迭代次数;L表示允许的最大迭代次数;

控制参数c2和c3是范围从0到1的随机数;

跟随者的位置更新遵循牛顿运动定律,表示为:

其中, 表示第h个樽海鞘在第g个维度上的位置,h>1;t表示时间;a表示加速度;v0表示初速度;

利用樽海鞘群算法来搜索GResNeSt模型的最优参数,设置最大迭代次数为12,族群大小设置为6,搜索最佳参数时的评估函数为均方误差;

将最优超参数应用于GResNeSt模型;

GResNeSt模型,包括:依次连接的卷积模块、第一GResNeSt模块、第二GResNeSt模块、第三GResNeSt模块、第四GResNeSt模块、全局平均池化模块和全连接模块;

第一GResNeSt模块包括两个连接的GResNeSt网络;

第二GResNeSt模块和第三GResNeSt模块均包括四个依次连接的GResNeSt网络;

第四GResNeSt模块包括一个GResNeSt网络;

GResNeSt网络包括依次连接的GC网络和ResNeSt网络;

ResNeSt网络,包括:输入模块、分支结构、分裂注意力模块、拼接模块和加法模块;

GResNeSt模型由形成序列结构的六个部分组成;第一部分为卷积模块,采用3×3卷积;

第二部分为第一GResNeSt模块,由两个连接的GResNeSt网络组成,其中,GResNeSt网络的卷积核数量为32,基数组数量k为2,基数超参数r为4;第三部分为第二GResNeSt模块,由四个依次连接的GResNeSt网络组成,其中,GResNeSt网络的卷积核数量为64,基数组数量k为4,基数超参数r为4;第四部分为第三GResNeSt模块,由四个依次连接的GResNeSt网络组成,其中,GResNeSt网络的卷积核数量为128,基数组数量k为4,基数超参数r为4;第五部分为第四GResNeSt模块,由一个GResNeSt网络组成,其中,GResNeSt网络的卷积核数量为256,基数组数量k为1,基数超参数r为2;第六部分以全局平均池化模块和全连接模块作为输出;

GResNeSt网络的执行过程包括:执行ResNeSt网络和执行GC网络,具体如下:执行ResNeSt网络:将大小为H×W×C的流量数据X输入GResNeSt网络后,H为高度,W为宽度,C为通道数,X被划分为k个基数组,其中,第k个基数组的输出表示为其大小为H×W×c′/k,其中,c′/k为基数组中卷积核的数量;接着连接所

1 2 k 1

有基数组的输出以获得V=Concat{V ,V ,…,V },V的大小为H×W×C',其中,V 表示第1个2

基数组的输出,V表示第2个基数组的输出;在连接基数组的输出后,添加一个具有C个卷积核的卷积层;使用短路连接后,输出为Y=X+V,Y的大小为H×W×C;

ResNeSt网络是一个新的ResNet变体,ResNeSt网络由分裂注意力操作和特征图组组成,ResNeSt网络的具体思想如下:首先,在ResNeSt网络中输入大小为H×W×C的特征图,然后通过分支结构将特征图划分为k个基数组,并在基数组中再次划分,划分后的分裂数由基数超参数r表示,因此,总共会有G=k×r个特征图组,每个分裂中分别使用1×1和3×3卷积;最后,通过分裂注意力模块为不同的特征图组分配不同的权重,将ResNeSt网络中所有分裂注意力模块的输出特征进行拼接,并将拼接后的输出特征图和输入特征图进行逐元素相加操作并输出;

k

在ResNeSt网络中,每个分裂注意力模块使用通道软注意进行聚合,V的第c个通道的输出 的计算公式如下:其中,UR(k‑1)+j表示第k个基数组中第j个分割输出的特征信息; 表示第k个基数组中第c个通道的第j个分割输出的分配权重;j表示分割输出的总数;

k

其中, 表示根据全局上下文表示s确定的第c个通道的第j个分割输出的权重;

执行GC网络:将Y用作上下文建模模块的输入,然后将上下文建模模块输出的特征图用作变换模块的输入,以得到输出特征图Z,Z的大小为1×1×C;最后,使用短路连接将Z和Y之间通过广播逐元素加法得到的输出连接到初始输入X,从而得到最终输出在GC网络中,上下文建模模块的具体操作为采用1×1大小的卷积Wk和softmax函数来获得注意力权重,然后进行注意力池化以获得全局上下文特征;变换模块中采用两个1×1大小的卷积来获得通道之间的依赖关系。

5.一种电子设备,其特征在于,包括存储器及处理器,所述存储器用于存储计算机程序,所述处理器运行所述计算机程序以使所述电子设备执行权利要求1至3中任一项所述的网络安全态势预测方法。

6.根据权利要求5所述的一种电子设备,其特征在于,所述存储器为可读存储介质。