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计算机科学 2020年第8期47卷 313-318页

作者：陈庆超王韬冯文博尹世庄刘丽君陆军工程大学装备模拟训练中心石家庄050003 陆军工程大学指挥控制工程学院南京210007

在未知二进制协议的格式推断过程中,常常引入大量的先验知识,实验操作复杂且准确率不高。为此,文中提出了一种人为设定较少参数、操作简单、准确率较高的方法进行未知二进制协议格式推断,将预处理的协议数据进行层次聚类,以CH(Calinski-... 详细信息

在未知二进制协议的格式推断过程中,常常引入大量的先验知识,实验操作复杂且准确率不高。为此,文中提出了一种人为设定较少参数、操作简单、准确率较高的方法进行未知二进制协议格式推断,将预处理的协议数据进行层次聚类,以CH(Calinski-Harabasz)系数为评价标准获得最优聚类,通过对聚类所得结果进行改进的序列对比以获得带有间隔的协议数据序列,统计合并连续间隔,以分析协议格式。实验结果表明,提出的二进制协议格式推断方法能够推断出未知二进制协议80%以上的字段间隔,相较于AutoReEngine算法中的格式推断方法,所提方法的F1-Measure值整体上提升了约30%。

关键词：二进制协议格式推断层次聚类序列对比间隔

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基于网络流量的私有协议逆向技术综述

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计算机研究与发展 2023年第1期60卷 167-190页

作者：李峻辰程光杨刚芹东南大学网络空间安全学院南京211189 计算机网络和信息集成教育部重点实验室(东南大学) 南京211189 网络空间国际治理研究基地(东南大学) 南京211189 紫金山实验室南京211102

协议逆向技术是分析私有协议的重要途径,基于少量或零先验知识推断私有协议的约束与规范.在恶意应用监管、协议模糊测试、脆弱性检测、通信行为理解等方面均具有较高的实用价值.网络流量表征协议规范,承载协议固有特征,因此基于网络流... 详细信息

协议逆向技术是分析私有协议的重要途径,基于少量或零先验知识推断私有协议的约束与规范.在恶意应用监管、协议模糊测试、脆弱性检测、通信行为理解等方面均具有较高的实用价值.网络流量表征协议规范,承载协议固有特征,因此基于网络流量的私有协议逆向技术更适用于发现、分析并监管网络上的私有协议.在梳理现有的基于网络流量的私有协议逆向技术基础上,首先提出包括预推理、协议格式推断、语义分析以及协议状态机推理4步骤的基于网络流量的私有协议逆向技术框架,并阐述各个步骤的主要任务,提出面向研究方法本质的分类结构;其次,详细阐述各个私有协议逆向技术的方法流程,从适用协议类型、方法内核、推断算法等多个角度进行对比分析,提供现有基于网络流量的私有协议逆向技术系统概述;最后,归纳总结现有技术存在的问题以及主要影响因素,并对私有协议逆向技术的未来研究方向与应用场景进行展望.

关键词：网络流量私有协议逆向技术格式推断语义分析协议状态机

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面向工控协议的快速协议逆向机制研究

面向工控协议的快速协议逆向机制研究

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作者：季宇凯南京理工大学

学位级别：硕士

随着5G的发展,物联网智能设备、工控设施已经广泛应用在各个重要领域。然而,近年来工控基础设施安全事件频发,作为基础设施的工控设备成为了攻击者的主要目标,工控安全在国家层面具有极高的战略意义。网络通信协议作为工业控制环境下设... 详细信息

随着5G的发展,物联网智能设备、工控设施已经广泛应用在各个重要领域。然而,近年来工控基础设施安全事件频发,作为基础设施的工控设备成为了攻击者的主要目标,工控安全在国家层面具有极高的战略意义。网络通信协议作为工业控制环境下设备间通信必不可少的要素之一,更是成为了攻击者展开攻击手段的主要对象,工控协议安全逐渐成为了工控和学术界的关注点。协议逆向分析技术是当前协议安全的主要分析手段之一,其通过对目标流量报文进行解析来还原目标协议的设计规范及详细信息,进一步的能够为工控设备提供安全保护。然而,由于工控协议表现出的独特特征,目前的协议逆向分析方案仍然面临着一些问题,如对工控协议的不适用性和效率低下等,使得其未能完全应用于工控场景。因此,如何在不降低逆向解析结果准确性的同时,实现低开销且能适用于工控未知协议的协议逆向方案仍然是当前协议逆向领域广泛研究的热点。本文在对现阶段未知工控协议逆向分析方案现状调研分析的基础上,针对性地做出了以下研究:(1)针对当前逆向分析机制对大容量报文样本存在分析效率低甚至于无法应对的问题,提出一种基于交互式随机采样策略的报文预处理方法HMCRS。该方法首次将随机采样策略运用于协议逆向过程的报文处理阶段,将一次大量的分析过程转变为增量式的多次迭代过程,并在报文采样过程中引入了人工的专家知识经验,很好的结合了专家知识与自动化工具的优势。理论分析与实验结果表明,提出的协议逆向分析方法能够有效提升分析效率,且具有较好的通用适配性。(2)针对当前基于序列比对方法中存在的巨大时间开销问题,提出一种基于数据挖掘算法的序列比对优化方案IMCSA。该方案通过对数据挖掘算法Apriori的改进提升,实现对流量报文关键词的精确搜索;在此基础上,通过谱聚类算法,实现了对报文序列的精准聚类,为序列比对算法提供了良好的序列比对空间,降低了因无效比对而产生的不必要时间开销。理论分析和实验结果表明,该方案能够有效地提升基于序列比对方法的效率,降低时间开销。(3)依托随机采样方法、数据挖掘算法、序列比对方法等关键技术,设计并实现了一个未知工控协议逆向分析系统。通过对多种工控物联网协议进行实验分析,表明系统可以有效解析多种未知工控协议。同时通过对比实验,表明了我们的系统具有较低的运行开销,特别适用于工控未知协议的逆向解析。

关键词：工控协议安全协议逆向数据处理格式推断随机采样数据挖掘

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工业互联网二进制协议分析系统的设计与实现

工业互联网二进制协议分析系统的设计与实现

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作者：张原伟北京邮电大学

学位级别：硕士

随着网络的飞速发展,工业领域也逐渐开始使用互联网进行通信,即工业互联网。其中,工业互联网使用的协议大多数是各个厂商自己制定的未公开协议,这些协议数据无法通过常用的协议工具进行解析,但是它们可能会对信息安全构成威胁。因此,尽... 详细信息

随着网络的飞速发展,工业领域也逐渐开始使用互联网进行通信,即工业互联网。其中,工业互联网使用的协议大多数是各个厂商自己制定的未公开协议,这些协议数据无法通过常用的协议工具进行解析,但是它们可能会对信息安全构成威胁。因此,尽可能的识别和分析这些协议数据对于保护工业互联网的信息安全极为重要。由于工业互联网中所使用的通信协议普遍都是未知的二进制协议,因此,工业互联网中的未知二进制协议是本文主要分析的数据类型。本文的分析方法分为两步,首先对未知协议数据进行聚类分析,将其分类为一个个单协议数据构成的聚簇;之后针对单协议聚类进行格式推断,从而推测出未知的工业互联网协议可能存在的协议格式。论文主要的研究内容如下:1)针对未知协议难以分类的特性,引入了聚类的方法。首先会对未知协议数据集进行预处理,将二进制的数据转换成十六进制数据,方便后续的聚类计算;之后会利用本文设计的改进算法对数据进行聚类计算,其中,两种算法各有利弊,需要结合实际情况进行选择;2)针对改进的K-Means算法,设计出基于信息熵的结果评价算法,用于针对聚类结果的好坏进行评价,方便识别出最优的聚类算法;3)针对聚类出的协议簇,设计了基于字节的位置和出现频次的协议识别算法,通过统计字节在同一类簇中相同位置出现的频次,来推断该类簇的协议可能存在的格式。采用的数据集为网上收集的工业互联网数据集和项目中收集的工业互联网数据集,结果表明,本文中设计的改进的聚类算法可以将未知协议数据进行较为准确的分类,并且可以通过格式推断模块从单协议聚簇中得到协议的各字段数据,推测出协议的大概格式,为后续分析各字段所代表的含义奠定了基础。

关键词：未知协议分析工业互联网协议聚类算法格式推断

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