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物联网设备识别及异常检测研究综述

软件学报 2024年第1期35卷 288-308页

作者：樊琳娜李城龙吴毅超段晨鑫王之梁林海杨家海清华大学网络科学与网络空间研究院北京100084 北京信息科学与技术国家研究中心北京100084 国防科技大学信息通信学院湖北武汉430019

随着物联网技术的发展,物联网设备广泛应用于生产和生活的各个领域,但也为设备资产管理和安全管理带来了严峻的挑战.首先,由于物联网设备类型和接入方式的多样性,网络管理员通常难以得知网络中的物联网设备类型及运行状态.其次,物联网... 详细信息

随着物联网技术的发展,物联网设备广泛应用于生产和生活的各个领域,但也为设备资产管理和安全管理带来了严峻的挑战.首先,由于物联网设备类型和接入方式的多样性,网络管理员通常难以得知网络中的物联网设备类型及运行状态.其次,物联网设备由于其计算、存储资源有限,难以部署传统防御措施,正逐渐成为网络攻击的焦点.因此,通过设备识别了解网络中的物联网设备并基于设备识别结果进行异常检测,以保证其正常运行尤为重要.近几年来,学术界围绕上述问题开展了大量的研究.系统地梳理物联网设备识别和异常检测方面的相关工作.在设备识别方面,根据是否向网络中发送数据包,现有研究可分为被动识别方法和主动识别方法.针对被动识别方法按照识别方法、识别粒度和应用场景进行进一步的调研,针对主动识别方法按照识别方法、识别粒度和探测粒度进行进一步的调研.在异常检测方面,按照基于机器学习算法的检测方法和基于行为规范的规则匹配方法进行梳理.在此基础上,总结物联网设备识别和异常检测领域的研究挑战并展望其未来发展方向.

关键词：物联网设备识别异常检测

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2种低延迟服务的通用优化技术

清华大学学报（自然科学版） 2024年第8期64卷 1306-1318页

作者：郭雅宁徐明伟清华大学网络科学与网络空间研究院北京100084 中关村国家实验室北京100097

近年来,各种低延迟服务吸引了越来越多的用户关注,部署规模不断扩大。为提升低延迟服务性能,工业界和学术界提出多种优化方案并部署在网络传输路径的不同位置,其中部署在端侧的各种低延迟拥塞控制算法和部署在网络侧的主动队列管理算法... 详细信息

近年来,各种低延迟服务吸引了越来越多的用户关注,部署规模不断扩大。为提升低延迟服务性能,工业界和学术界提出多种优化方案并部署在网络传输路径的不同位置,其中部署在端侧的各种低延迟拥塞控制算法和部署在网络侧的主动队列管理算法应用较广泛,这2种算法的设计目标都是尽量避免数据包排队,减少端到端延迟,但是由于这2种算法是独立的,存在潜在的不适配问题,影响应用的性能表现。因此,有关这2种算法的协同优化也成为一个研究方向,基于机器学习的通用算法和端网联合优化是最具代表性的方案。该文总结了低延迟拥塞控制算法和主动队列管理算法的设计思路、组合使用时的性能测试结果以及协同优化的问题,认为跨层联合优化是解决现有不适配问题并进一步提高应用性能的可行思路,建议低延迟服务性能优化的研究应重视通用性和实际部署性。

关键词：拥塞控制算法主动队列管理低延迟服务跨层联合优化机器学习性能优化

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全密态数据库密态计算关键技术综述

软件学报 2024年第8期35卷 3980-4010页

作者：毕树人钮泽平李国良李琦清华大学计算机科学与技术系北京100084 清华大学网络科学与网络空间研究院北京100084

随着近些年云服务的流行,越来越多的企业和个人将数据存储在云数据库上.但在享受云服务便利的同时,也带来数据安全的问题.其中一个比较关键的问题是敏感数据的机密性保护,即保护用户的敏感数据不被窥探和泄漏.在这样的背景下,全密态数... 详细信息

随着近些年云服务的流行,越来越多的企业和个人将数据存储在云数据库上.但在享受云服务便利的同时,也带来数据安全的问题.其中一个比较关键的问题是敏感数据的机密性保护,即保护用户的敏感数据不被窥探和泄漏.在这样的背景下,全密态数据库应运而生.相对于传统数据库,全密态数据库能够在数据的传输、存储和计算整个生命周期中对数据进行加密,保护数据的机密性.目前,在对数据加密的同时,支持所有SQL功能并保持高性能等方面还存在很多挑战.全面调研全密态数据库密态计算的关键技术,根据技术类型进行归纳分类,并在功能性、安全性和性能等方面进行对比与总结.首先介绍全密态数据库架构,包括基于加密算法的纯软件架构、基于可信执行环境(TEE)的可信硬件架构和软硬融合式架构.然后,总结归纳各个架构的关键技术.最后,讨论当前研究的挑战和机会,并提供一些未来研究的开放性问题.

关键词：全密态数据库机密性保护加密算法可信执行环境(TEE)

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可扩展的网络验证技术:研究现状与发展趋势

电子学报 2024年第4期52卷 1083-1102页

作者：黄翰林徐恪李琦李彤付松涛高翔宇清华大学计算机科学与技术系北京100084 北京信息科学与技术国家研究中心北京100084 中关村实验室北京100094 清华大学网络科学与网络空间研究院北京100084 数据工程与知识工程教育部重点实验室(中国人民大学) 北京100872

互联网作为国家信息基础设施的重要组成部分,已经在各个领域发挥着巨大的作用.随着其规模不断扩大和应用持续深入,我们也面临着意图不一致的网络行为可能导致的灾难性危害.为了确保互联网的正常运行和网络行为的一致性,我们迫切需要可... 详细信息

互联网作为国家信息基础设施的重要组成部分,已经在各个领域发挥着巨大的作用.随着其规模不断扩大和应用持续深入,我们也面临着意图不一致的网络行为可能导致的灾难性危害.为了确保互联网的正常运行和网络行为的一致性,我们迫切需要可部署的网络验证技术,以确保网络运行时的行为与网络运维人员的意图一致.当前已经有许多关于网络验证技术的研究,这些研究帮助用户实现自动检测网络错误,并进一步分析错误产生的原因.然而,为了满足互联网规模不断扩大的需求,可扩展性问题成为在互联网部署网络验证技术的一项重要挑战.即如何在满足时间和空间复杂度约束的前提下,快速发现并排查网络策略的错误,真正将网络验证技术应用于实际,成为一个研究热点.本文从数据面验证和控制面验证两个方面出发,深入研究和总结了现有的网络验证研究工作,并探索了基于时空优化的可扩展性技术,对这些方案的特点进行了系统性分析.最后,本文总结和展望了网络验证可扩展技术的未来研究趋势,为该领域的研究人员提供一定的参考.

关键词：网络验证可扩展性网络配置时空优化数据面验证控制面验证

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低成本大规模直播流量工程

清华大学学报（自然科学版） 2024年第3期64卷 591-600页

作者：邰进刘辰屹杨芫王旸旸徐明伟清华大学深圳国际研究生院深圳518055 清华大学计算机科学与技术系北京100084 清华大学网络科学与网络空间研究院北京100084 清华大学北京信息科学与技术国家研究中心北京100084

近年来,基于直播的网络应用大量出现,此类应用对互联网服务质量的要求更严格。目前,虽然一些专用骨干网可以为此类应用提供优质服务,但是服务价格昂贵,且无法覆盖世界各地的所有用户。因此,服务提供商选择依赖Overlay网络或云计算、雾... 详细信息

近年来,基于直播的网络应用大量出现,此类应用对互联网服务质量的要求更严格。目前,虽然一些专用骨干网可以为此类应用提供优质服务,但是服务价格昂贵,且无法覆盖世界各地的所有用户。因此,服务提供商选择依赖Overlay网络或云计算、雾计算和边缘计算等技术提升网络性能,改善用户体验。该文研究了用于大规模直播的Overlay网络中基于成本敏感的流量工程问题。经实际调研可知,成本由服务器的峰值数据速率决定,因此该流量工程问题涉及时间序列的路由决策。首先,将流量工程问题形式化,转化为一系列基于时间序列的整数规划。其次,提出了以可微函数逼近不可微函数的方法,并使用Lagrange乘子法和梯度下降算法有效求解该整数规划。最后,提出基于成本敏感的方案——在线路由算法LiveTE,从运行的Overlay网络收集真实数据,并通过数值模拟评估了LiveTE。结果表明:与现有方案相比,LiveTE的总成本降低幅度达52%,平均传输延时降低幅度达6%以上。

关键词：流量工程 Overlay网络直播流服务

6EDL:高效的大规模活跃IPv6地址探测系统

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计算机学报 2024年第8期47卷 1949-1969页

作者：宋光磊张文健林金磊韩东岐王之梁张辉杨家海清华大学网络科学与网络空间研究院北京100084 中关村实验室北京100081 泉城实验室济南250000

互联网规模的急剧增长导致IPv4地址资源逐渐耗尽,IPv6的大规模部署有效地解决了IPv4地址耗尽的问题.然而,IPv6地址空间庞大的特性为活跃地址的探测带来了巨大挑战.当前已有的活跃IPv6地址探测方法存在探测速度较慢、命中率偏低、探测范... 详细信息

互联网规模的急剧增长导致IPv4地址资源逐渐耗尽,IPv6的大规模部署有效地解决了IPv4地址耗尽的问题.然而,IPv6地址空间庞大的特性为活跃地址的探测带来了巨大挑战.当前已有的活跃IPv6地址探测方法存在探测速度较慢、命中率偏低、探测范围受限等问题.针对这些挑战,本文提出了高效、快速、适用范围广的活跃地址探测系统6EDL.6EDL将地址探测分为无种子地址场景和有种子地址场景,并针对每种场景设计高效探测算法.在无种子地址场景下,本文提出了6EDL-N,使用神经网络挖掘BGP前缀信息与地址配置模式之间的潜在关系,实现了有种子区域到任一无种子区域的地址迁移,从而扩展了地址探测的边界.此外,本文引入了预探测机制,有效缓解了大规模地址探测中的资源浪费问题.实验表明,6EDL-N的命中率达到12.69%,覆盖度为21.97%,单位时间发现的活跃地址数(NPT)为233.09个/s.与现有工作相比,6EDL-N的命中率是其的8.13倍,NPT为14.94倍,覆盖度为1.84倍.在有种子地址场景下,本文提出基于生成对抗网络(GAN)的活跃地址探测方法6EDL-S,通过精细的种子地址分布规律学习,并采用环境反馈机制来缓解种子地址采样偏差,有效提升了命中率.实验表明,6EDL-S的命中率达到了25.91%,是已有方法的1.23~10.89倍.同时,NPT为466.72个/s,是已有方法的1.49~6.20倍.最终,经过持续探测,6EDL系统成功发现了29.77亿个活跃地址,包含5.66亿别名地址和24.11亿非别名地址,覆盖了125101个BGP前缀和40137个AS.本文构造的活跃IPv6地址集将有效支撑IPv6网络测量和安全分析等多种应用,进一步打开了IPv6网络研究的大门.

关键词：网络测量 IPv6 活跃地址探测机器学习 IPv6活跃地址集

处理含大量非分层介质结构的悬浮随机行走电容提取算法

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计算机辅助设计与图形学学报 2024年第3期36卷 435-442页

作者：宋明烨杨明喻文健清华大学计算机科学与技术系北京100084 北京信息科学与技术国家研究中心北京100084

为了解决包含大量非分层介质的随机行走电容提取算法预处理时间过长的问题,提出一种优化算法.本文算法一共有2步:首先基于八分块立方体即时采样技术,提出处理复杂非分层介质的等效介电常数计算方法;然后基于网格的空间管理技术,减少随... 详细信息

为了解决包含大量非分层介质的随机行走电容提取算法预处理时间过长的问题,提出一种优化算法.本文算法一共有2步:首先基于八分块立方体即时采样技术,提出处理复杂非分层介质的等效介电常数计算方法;然后基于网格的空间管理技术,减少随机行走电容提取的预处理时间.针对不同的电容提取应用场景,还提供了选择不同非分层介质空间管理策略的建议.在多个来自集成电路设计版图的互连结构上的实验结果表明,所提算法在保证电容提取精度与随机行走运行效率的同时,显著地加快了非分层介质空间管理构造以及随机行走算法的预处理时间;在含有超过70万非分层介质的测例上,与现有算法相比,该算法使非分层介质的空间管理构造时间最多加速420倍,并使整个预处理时间从114s减少到30s.

关键词：电容提取随机行走非分层介质空间管理

DataCon:面向安全研究的多领域大规模竞赛开放数据

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信息安全学报 2024年第1期9卷 123-136页

作者：郑晓峰段海新陈震宇应凌云何直泽汤舒俊郑恩南刘保君陆超逸沈凯文张甲陈卓林子翔清华大学网络科学与网络空间研究院北京100084 奇安信科技集团北京100088

网络安全数据是开展网络安全研究、教学的重要基础资源,尤其基于实战场景下的安全数据更是科研教学成果更符合安全实践的保障。然而,由于网络安全的技术变化快、细分领域多、数据敏感等原因,寻找合适的网络安全数据一直是研究者们进行... 详细信息

网络安全数据是开展网络安全研究、教学的重要基础资源,尤其基于实战场景下的安全数据更是科研教学成果更符合安全实践的保障。然而,由于网络安全的技术变化快、细分领域多、数据敏感等原因,寻找合适的网络安全数据一直是研究者们进行科研和老师开展实践教学时关注的重要问题。本文总结并分析了多个领域的经典公开安全数据集,发现其在研究应用时存在数据旧、规模小、危害大等不足;克服安全数据领域选择、大规模实战数据获取、安全隐私开放等困难,构造了更符合当前科研需求DataCon安全数据集。数据集大规模覆盖DNS、恶意软件、加密恶意流量、僵尸网络、网络黑产等多个领域,且均来自实战化场景,并基于DataCon竞赛平台将其开放给参赛者和科研人员。目前,DataCon数据集涵盖了已成功举办四届的“DataCon大数据安全分析大赛”的全部数据,大赛被国家教育部评为优秀案例,并进入多所高校研究生加分名单,数据内容也一直随着真实网络环境中攻防场景的变化而持续更新。目前,DataCon数据集涵盖了已成功举办四届的“DataCon大数据安全分析大赛”的全部数据,大赛被国家教育部评为优秀案例,并进入多所高校研究生加分名单,数据内容也一直随着真实网络环境中攻防场景的变化而持续更新。数据集持续收到科研人员、学术的数据使用申请,支撑了多篇学术论文的发表,充分说明了其有效性和可用性。我们希望DataCon数据及竞赛能够对网络安全领域产、学、研结合有所帮助和促进。

关键词： DataCon 安全研究开放数据竞赛

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一种基于突变流量的在野黑产应用采集方法

软件学报 2024年第8期35卷 3684-3697页

作者：陈沛洪赓邬梦莹陈晋松段海新杨珉复旦大学计算机科学技术学院上海201203 清华大学网络科学与网络空间研究院北京100084 中关村实验室北京100081

近年来,移动互联网的兴起使以诈骗、博彩和色情为主的网络黑产移动应用(APP)变得更加猖獗,亟待采取有效措施进行管控.目前,研究人员针对黑产应用的研究较少,其原因是由于执法部门持续对黑产应用的传统分发渠道进行打击,已有的通过基于... 详细信息

近年来,移动互联网的兴起使以诈骗、博彩和色情为主的网络黑产移动应用(APP)变得更加猖獗,亟待采取有效措施进行管控.目前,研究人员针对黑产应用的研究较少,其原因是由于执法部门持续对黑产应用的传统分发渠道进行打击,已有的通过基于搜索引擎和应用商店的采集方法效果不佳,缺乏大规模具有代表性的在野黑产应用数据集,已经成为开展深入研究的一大掣肘.为此,尝试解决在野黑产应用大规模采集的难题,为后续深入全面分析黑产应用及其生态提供数据支撑.提出了一种基于突变流量分析的黑产应用批量捕获方法,以黑产应用分发的关键途径为抓手,利用其具有的突变和伴随流量特点,批量快速发现正处于传播阶段的新兴在野黑产应用,为后续实时分析和追踪提供数据基础.在测试中,该方法成功获取了3439条应用下载链接和3303个不同的应用.捕获的移动应用中,不但有91.61%的样本被标记为恶意软件,更有98.14%的样本为首次采集发现的零天应用.上述结果证明了所提出的方法在黑产应用采集方面的有效性.

关键词：网络黑产网络犯罪移动应用流量分析