計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)安全中盲信號(hào)分離技術(shù)的應(yīng)用研究

1、    計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)安全中盲信號(hào)分離技術(shù)的應(yīng)用研究    李小丹摘要：“盲信號(hào)分離技術(shù)”一直以來(lái)都是信號(hào)處理領(lǐng)域的熱點(diǎn)研究問題，并且該技術(shù)在無(wú)線通信和圖像處理等多個(gè)方面具有良好的發(fā)展前景。該技術(shù)作為交叉性學(xué)科領(lǐng)域的關(guān)鍵知識(shí)融合的神經(jīng)信號(hào)處理和數(shù)據(jù)挖掘等多個(gè)方面的基礎(chǔ)知識(shí)，能夠充分保障計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)安全，在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域當(dāng)中價(jià)值突出。關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)安全;盲信號(hào)分離技術(shù);應(yīng)用：tp311      ：a：1009-3044（2021）17-0048-02開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（osid）：盲信號(hào)分離技術(shù)早在20世紀(jì)90年代的法

2、國(guó)就已經(jīng)得到了研究，我國(guó)從20世紀(jì)90年代末期才開始進(jìn)行盲分離技術(shù)的分析，并且在相關(guān)的書籍當(dāng)中進(jìn)行了一些獨(dú)創(chuàng)性的分析，涉及多種類型的信號(hào)處理方法，例如獨(dú)立成分、稀疏成分、平行因子成分等不同類型的因子分析等。1 盲信號(hào)分離技術(shù)的分類1.1 獨(dú)立成分分析獨(dú)立成分分析相對(duì)而言是最早且最為廣泛研究的內(nèi)容，其主要研究的內(nèi)容是有關(guān)線性混疊的相關(guān)內(nèi)容。由于獨(dú)立成分與信號(hào)源密切相關(guān)，信號(hào)源數(shù)量不能超過(guò)觀測(cè)設(shè)備的數(shù)量，所以我們要得到獨(dú)立成分分析的最佳結(jié)果，才能構(gòu)建優(yōu)化模型，就需要最大化信號(hào)源之間的統(tǒng)計(jì)獨(dú)立特征。我們會(huì)選擇最大化源信號(hào)作為相關(guān)參考指標(biāo)，然后根據(jù)求解構(gòu)造優(yōu)化現(xiàn)有的模型，對(duì)系統(tǒng)混疊矩陣進(jìn)行預(yù)測(cè)之后，完

3、成信號(hào)分離過(guò)程。實(shí)際上獨(dú)立成分分析能夠得到不同指標(biāo)要求下的模型結(jié)果，無(wú)論是從信息理論還是從各類優(yōu)化算法的角度來(lái)看，求解基于不同指標(biāo)的優(yōu)化模型，能夠通過(guò)基于向量的梯度優(yōu)化算法獲得最佳的求解效果。近幾年來(lái)的研究當(dāng)中，也通過(guò)獨(dú)立成分分析提出了一些擴(kuò)展內(nèi)容，例如有界成分分析。1.2 稀疏成分分析以常見的語(yǔ)音信號(hào)或圖像信號(hào)為例，在時(shí)域上展示出不同的吸收特性特征之后，我們就可以將其作為信號(hào)處理的主要依據(jù)，進(jìn)行稀疏成分分析。雖然在這一方面的研究起步時(shí)間非常晚，但由于它具有相對(duì)廣泛的實(shí)用性，發(fā)展空間仍然非常充足。而且我們需要重點(diǎn)解決的是欠定線性混疊問題，即分析“同一時(shí)刻少數(shù)元活躍”的基本特征。當(dāng)其他元保持沉默

4、狀態(tài)時(shí)，如何實(shí)施最有效分析。要想實(shí)現(xiàn)盲源分離，通常會(huì)從兩個(gè)角度進(jìn)行綜合評(píng)估，首先是通過(guò)聚類算法來(lái)對(duì)系統(tǒng)共同支撐的有關(guān)信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)處理，然后就是構(gòu)建以吸收度為指標(biāo)的優(yōu)化模型，同時(shí)恢復(fù)相應(yīng)的源信號(hào)，在通過(guò)目標(biāo)函數(shù)特征劃分為線性與非線性兩種模型。析出成分分析同樣涉及許多優(yōu)秀的算法，例如壓縮感知算法帶滿足約束條件時(shí)，就會(huì)被廣泛用于視頻壓縮、圖像分析等領(lǐng)域。1.3 平行因子分析矩陣分析環(huán)節(jié)可通過(guò)奇異值分解過(guò)程對(duì)矩陣展開處理，原因在于矩陣分解具有唯一性，其提取出來(lái)的特征會(huì)反映出某個(gè)矩陣所對(duì)應(yīng)的關(guān)鍵信息，同時(shí)，如果我們把二維矩陣推廣為三維或是有時(shí)更高維度的張量時(shí)，分解出來(lái)的矩陣也會(huì)反映出一個(gè)張量包含的所有信

5、息。在初期由于計(jì)算量比較大和計(jì)算機(jī)水平的限制，平行因子分析的研究工作進(jìn)展緩慢，但隨著20世紀(jì)90年代算法的飛速發(fā)展之后，平行因子分析內(nèi)部出現(xiàn)了各類優(yōu)秀算法支持，例如迭代輪換算法、代數(shù)求解算法等。在未來(lái)的通信網(wǎng)絡(luò)安全研究領(lǐng)域，我們會(huì)立足于具有開放性的無(wú)線通信數(shù)據(jù)安全問題將發(fā)送序列設(shè)計(jì)進(jìn)行調(diào)整，讓其具有盲特性特點(diǎn)，使得合法用戶才能解密相應(yīng)的接收信號(hào)，非法用戶無(wú)法做到這一點(diǎn)1。但總體而言，現(xiàn)階段的盲分離技術(shù)方法還需要進(jìn)行多個(gè)層面的深層次探索和研究。2 盲分離技術(shù)在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)安全中的應(yīng)用2.1 無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)安全從信息的角度來(lái)看，對(duì)于信息安全進(jìn)行分析處理是基于物理層面的安全保障工作，如果我們對(duì)物理層的安

6、全防御體系展開綜合分析之后，會(huì)了解到無(wú)線信道具有的唯一特性從而來(lái)實(shí)現(xiàn)差異性的信道估計(jì)工作，然后用不同的波束成型方案來(lái)對(duì)信號(hào)接收效果進(jìn)行優(yōu)化，最大化提升接收機(jī)信號(hào)質(zhì)量。從這一層面來(lái)看，如果要讓雙方信道安全處于同一標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)該先將密鑰進(jìn)行信息共享，然后讓發(fā)送者和接收者之間進(jìn)行聯(lián)動(dòng)，以此為基礎(chǔ)獲取相應(yīng)的信道信息。將盲分離技術(shù)應(yīng)用至無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)安全領(lǐng)域之后，就可以設(shè)計(jì)具有隨機(jī)特性的訓(xùn)練序列。值得一提的是，多輸入多輸出系統(tǒng)之下信道差異非常必要，是為了確定合法接收和非法接收行為，進(jìn)一步增強(qiáng)無(wú)線通信過(guò)程的性能和安全穩(wěn)定性。按照系統(tǒng)模型要求，發(fā)射機(jī)與合法接收機(jī)之間的信道被稱為合法信道，雙方在進(jìn)行通信之前，無(wú)論是

7、發(fā)射機(jī)還是接收機(jī)，都會(huì)對(duì)信號(hào)進(jìn)行評(píng)估，從而確定訓(xùn)練序列是否與信息相互匹配，換言之非法接收機(jī)也可以通過(guò)接收的序列系列實(shí)現(xiàn)非法信道的估計(jì)，所以為了進(jìn)一步保障信息安全，提出雙向訓(xùn)練策略之后，就能考慮到差異性特點(diǎn)進(jìn)行反饋訓(xùn)練過(guò)程管理，避免非法接收機(jī)端預(yù)估信道信息。具體而言，雙向訓(xùn)練的核心內(nèi)容在于將整個(gè)訓(xùn)練階段一分為二，其中逆向訓(xùn)練過(guò)程中的信號(hào)發(fā)送會(huì)采用公知序列實(shí)現(xiàn)，前項(xiàng)訓(xùn)練則使用通知序列疊加人工噪聲序列。這樣一來(lái)既能夠保證合法接收機(jī)的信號(hào)，估計(jì)質(zhì)量同時(shí)也能讓非法接收機(jī)信信道質(zhì)量顯著下降2。逆向信道訓(xùn)練階段合法接收機(jī)端發(fā)送逆向訓(xùn)練序列至發(fā)射機(jī)之后，這一階段非法接收機(jī)只能從另一信道接收信息，所以序列作為私

8、密信號(hào)會(huì)且只會(huì)被合法接收機(jī)進(jìn)行接收，區(qū)別于現(xiàn)有的差異性信道估計(jì)方案，并且從二階統(tǒng)計(jì)信息中分析出白化矩陣。在前向信道訓(xùn)練階段，前項(xiàng)序列設(shè)計(jì)應(yīng)該滿足幾個(gè)方面的要求，一是要保障接收機(jī)端的信號(hào)估計(jì)質(zhì)量，二是控制非法接收機(jī)端的情況估計(jì)質(zhì)量，同時(shí)在展開信道估計(jì)的過(guò)程當(dāng)中，還需要借助誤差分析判斷人工噪聲和訓(xùn)練序列之間能否形成最優(yōu)化的功率分配。2.2 電網(wǎng)建設(shè)智能電網(wǎng)建設(shè)工作隨著無(wú)線通信和物聯(lián)網(wǎng)等新領(lǐng)域的設(shè)備技術(shù)不斷出現(xiàn)之后，實(shí)現(xiàn)了對(duì)傳統(tǒng)電網(wǎng)的改造，讓更加靈活的接入方式得到充分運(yùn)用，某些智能化終端和設(shè)計(jì)，也發(fā)揮了相應(yīng)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，全方面提升了電力網(wǎng)絡(luò)的智能化程度。如果要對(duì)現(xiàn)有的電力網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行改造升級(jí)，要考慮隨之而

9、來(lái)的安全風(fēng)險(xiǎn)，例如數(shù)據(jù)控制系統(tǒng)作為整個(gè)電力網(wǎng)絡(luò)的核心部件，受到網(wǎng)絡(luò)攻擊的可能性較高，且調(diào)度中心在采集數(shù)據(jù)的過(guò)程當(dāng)中還要進(jìn)行設(shè)備管理和信息規(guī)劃等各項(xiàng)工作。對(duì)整個(gè)控制系統(tǒng)進(jìn)行的攻擊類型主要包含三個(gè)方面，一是遠(yuǎn)端單元的拒絕服務(wù)攻擊，二是終端數(shù)據(jù)處理攻擊，三是隱蔽性的數(shù)據(jù)攻擊，其中隱蔽性數(shù)據(jù)攻擊產(chǎn)生的危險(xiǎn)程度最高，因?yàn)樗粌H會(huì)直接造成符合損失，引起電網(wǎng)停電，同時(shí)還會(huì)讓線路過(guò)載引發(fā)大范圍的潮流轉(zhuǎn)移問題。從電網(wǎng)建設(shè)的角度來(lái)看，隱蔽性的數(shù)據(jù)攻擊，本質(zhì)上是一個(gè)攻擊和防御的問題，大量的研究工作也從攻擊者或防御者的角度進(jìn)行了深入研究，例如從防御者的角度來(lái)看，核心問題是如何發(fā)現(xiàn)并控制隱蔽性數(shù)據(jù)攻擊;從攻擊者的角度來(lái)

10、看，如何以最小的代價(jià)實(shí)現(xiàn)高效的隱蔽性數(shù)據(jù)攻擊，則成為研究重點(diǎn)3。從系統(tǒng)模型的角度來(lái)看，整個(gè)數(shù)據(jù)處理采集中心包括發(fā)電站、電力傳輸系統(tǒng)和通信網(wǎng)絡(luò)等組成，如果我們將智能電網(wǎng)看作一個(gè)無(wú)損直流負(fù)荷功率模型，那么其中母線節(jié)點(diǎn)、輸電線路以及復(fù)合就成為主要組成部分，不同的節(jié)點(diǎn)通過(guò)安裝智能電表的輸電線路進(jìn)行連接，且標(biāo)準(zhǔn)的直流潮流系統(tǒng)當(dāng)中，所有母線電壓為標(biāo)幺單位，電力系統(tǒng)狀態(tài)與統(tǒng)計(jì)相關(guān)，負(fù)荷元素滿足均值分布特點(diǎn)具有獨(dú)立特征4。終端的智能電表和通信系統(tǒng)在受到隨機(jī)干擾時(shí)會(huì)產(chǎn)生故障因素，導(dǎo)致電表數(shù)據(jù)當(dāng)中出現(xiàn)不良數(shù)據(jù)?，F(xiàn)階段，隱蔽性的數(shù)據(jù)攻擊仍然比較復(fù)雜，會(huì)基于現(xiàn)有的不良數(shù)據(jù)檢測(cè)手段，篡改電表內(nèi)的合法數(shù)據(jù)，電力系統(tǒng)方觀測(cè)

11、難度較大，很難區(qū)別某些偽數(shù)據(jù)，所產(chǎn)生的后果非常嚴(yán)重，甚至?xí)?dǎo)致整個(gè)電力系統(tǒng)變得癱瘓。當(dāng)然，基于部分量測(cè)矩陣信息條件之下攻擊者仍然可能進(jìn)行低吸速度隱蔽性數(shù)據(jù)攻擊，且攻擊者在竊聽數(shù)據(jù)的條件之下，也會(huì)進(jìn)行相對(duì)隱蔽性的數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)攻擊策略，所以我們可以通過(guò)盲分離算法控制風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)的電力網(wǎng)絡(luò)而言，隱蔽性的數(shù)據(jù)攻擊可以通過(guò)電力儀表實(shí)現(xiàn)具體工作，而從保護(hù)的角度來(lái)看，基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的隱蔽性數(shù)據(jù)攻擊策略，能夠通過(guò)平行因子分析，從數(shù)據(jù)中推導(dǎo)出與電網(wǎng)相關(guān)的系統(tǒng)數(shù)據(jù)，選擇定位攻擊向量。3 結(jié)語(yǔ)分離技術(shù)無(wú)論是從理論研究還是從應(yīng)用角度來(lái)看成果顯著，技術(shù)進(jìn)步特征明顯。且隨著今后研究工作的不斷深入，在算法和應(yīng)用層面都將面臨新的要求，在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)安全保障方面，能夠發(fā)揮良好的控制功能，減少現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)建設(shè)環(huán)節(jié)的潛在威脅與風(fēng)險(xiǎn)。參考文獻(xiàn)：1 周悅.盲信號(hào)分離技術(shù)在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)安全中的應(yīng)用研究j.江西電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2019，32（5）：17-18.2 任靜，李維勤，惠鏸.基于alpha穩(wěn)定分布的盲信號(hào)分離j.計(jì)