基于统计学原理的网络渗透测试技术研究

1、应用技术太原科技文章编号：10064877（2010）01008802年第期TAIYUANS CI-TECH基于统计学原理的网络渗透测试技术研究宋摘进，王平，王袆兰州）（兰州交通大学电子与信息工程学院，甘肃要：介绍了推断分析理论方法，并对网络渗透测试技术做了进一步的论述，最后指出了网络渗透测试技术需研究的方向。关键词：网络渗透；网络测量；统计推断中图分类号：文献标志码：传统的网络测量（Network Measurement ，NM ）是基于网络内部的测量机制即在网络内部的相关节点上通过测量代理采集有关测量数据1，如报文丢失率、延迟和流量等。但这种传统的网络测量需要网络内部单元之间的协作，并存在

2、许多缺陷。一是在一定程度上给网络带来潜在的负载；二是测量依赖于自治系统内部节点的协作，出于网络安全原因，有些自治系统并不对外开放，难以实现内部节点的协作和信息交流，对测量的准确性无法保证。随着技术的进步，国际上提出了一种网络渗透测试技术2，它引用的是医学上的计算机扫描技术思想，也就是通过网络边界的测量来分析和推断网络内部性能和拓扑结构。笔者主要对网络渗透测试技术进行理论分析，并基于数学模型从统计学、测量技术等不同角度对网络渗透测试的关键技术和研究现状进行综述。统计分析模型推算在网络边界上测量接收的报文数量丢失率和报文延迟时间。在网络渗透测试中使用链路和路径概念来描述网络内部节点之间的内在联系3

3、。由于源节点发送数据包经过共享路径上若干个节点的传送而到达目的节点，链路级和路径级的测量中就存在随机性。于是统计学原理就广泛的应用于网络渗透测试技术中，网络渗透测试问题可近似为一种线性模型1，即Y =A +，其中，Y 为测量向量；A 为路由矩阵；为待估计的数据包的参数向量；为误差向量。网络推断问题就是在获得网络测量向量Y 的情况下对网络参数的估计问题。网路渗透测试的关键技术2.1数据的采集与测量网络渗透测试技术中最重要的部分就是数据的采集与测量。因为所有统计推断都建立在测量值的基础上，测量的方法不同会直接影响推断的结果。根据数据采集的方式，目前测量方法有主动测量与被动测量，而且主动测量有多播测

4、量与单播测量。网络渗透测试思想网络渗透测试技术是国际上提出的一种引用了医学上计算机CT 扫描技术思想的新的测试理论，它弥补了传统网络测边缘测量技术来获取网络中一些不能直接观察到的信息，通过发送多种探测包给指定的接收器，观测并分析接收器所获得的信息，最后通过统计和推断来获得多种网络信息。目前，网络渗透技术的应用研究通过两方面进行：一方面，基于网络边界上进行端到端的测量的链路级参数估计。通过测量端到端的通信行为来推断网络内部的性能，无需内部网络的任何协作，从而降低测量所带来的网络负载。另一方面，通过对自治系统内部网络设备的密切协作来对网络元素的丢包率、延迟等特性进行测量。链路级测量是利用1）单播测

5、量。基本原理是通过将每个单个报文发送到一个固定接收点，以测量端到端的特性，即根据所发送的报文总数与接收节点接收的报文数量来推算报文的丢失率4-5，或根据所用的时间推算路径延时，这样就能得到每条路径参数的简单数学期望值。如果在单播测量中路径参数与链路参数之间无严格的一一映射，那么在单播测量中推算链路参数就相对比较困难。为解决这一难题，研究人员提出了一种背靠背报文对（back-to-back ）的测量收稿日期：20091101；修回日期：20091210作者简介：宋进（），男，山西和顺人，在读硕士，主要从事网络检测研究，：。··88应用技术太原科技年第期TAIYUANS CI-

6、TECH方法。报文对就是指从根节点0连续发送2个报文到不同的叶子节点，也就是接受节点，报文对经过一部分相同的链路。如果其中一个报文能成功通过链路，那么另一个报文也能成功通过该链路。在主动队列策略中，每组报文对的两个报文经过相同链路后延迟性基本相同。另外，单播测量的缺点是每次只能将报文发送到一个接收点，无法估计所有内部链路的参数。为此，通过发送一组报文在网络中模拟多播技术，将报文对以纳秒级的间隔一个接一个地发送到多个接收点，然后利用类似多播的方法统计分析数据。解成若干简单的子问题并忽略它们之间的相关性，然后把子问题边缘似然函数相乘得到概似然函数。该函数的最大表示参数的MPLE2，6，PLE 把对

7、全局参数的分析转换成一些边缘概率的分析。显然MPLE 可以产生许多子期望值。3）期望最大值算法。期望最大值算法主要应用于非完全数据参数估计的两种情况，一是由于观察的缺陷所造成的观察数据不完全；二是似然函数的表达方式过于复杂而导致传统的估计方法失灵。期望最大值算法通过两种方式的迭代，一是给定观察和当前参数估计计算完全对数似然函数关于未知数据的期望；二是最大化期望值等使每一步迭代都能保证似然函数值增加直到估计值收敛。2）多播测量。原理是通过多播树发送多播探测包到一组预先设定的接受节点，然后从接受节点获取极强相关性的数据经行统计分析推断。相对图结束语网络渗透技术是一种以通信网络、统计学原理相结合的全

8、新的网络链路级参数推理技术。研究的重点是测量方法和统计分析方法，但目前还存在许多问题有待于进一步研究。一是现有的测量方法和分析算法都是针对小规模网络和有线网络，如何将其移植于大规模的网络和无线网络中是目前面临的关键问题；二是目前在NT 推断过程中都假设路由矩阵已知且测量的时间和空间相互独立的情况下推断，而这种假设的前提是违背了实际网络环境中链路和路径相互依赖的现实。因此，如何寻找更具有弹性和更容易处理建模和统计推测方法是今后需要解决的问题。参考文献：，（）：，：，（）：林宇，程时端，邬海涛，等网端到端性能测量技术研究的进展电子学报，（）：，（）：，（）：，（）：（责任编辑梁志刚）（英文部分下转

9、第页）1来说，即以根节点0发送报文到叶节点，在叶节点采集测量值。在统计推断时利用多播的特性以及叶节点之间的相关性，如果图1中节点4接收到了报文而节点5没有接收到报文，就可以判断报文在链路L5上发生了丢失；如果节点4，5均未收到探测报文，其原因可能是探测报文未到达父节点2，也可能是丢失于节点4或节点5这两条链路上。这种不确定性情况就需要获取相关的数据进行统计、分析来推断探测报文的丢失位置。2.2统计推断分析理论及方法统计推断技术在网络渗透测试技术中扮演着不可忽视的地位。由于网络中报文丢失或者时延具有随机性，根据所采集的数据直接作为网络性能参数并不可靠。所以，需要根据统计推断分析理论应用测量得到的

10、数据推断网络内部的信息和规律。其中极大似然方法、概似然方法和期望最大值算法是常用的统计学方法。1）极大似然法。参数估计方法中常用的估计方法中之一就是极大似然估计。其实质是寻找最大概率密度函数f （Y =y ；）在测量值为，y 1，y 2，赞，并且每次测量之间相互独立，分布y n 的估计值相同。由模型Y =A x 构造出Y 的分布函数Y =（y ；n），其似然函数可表示为L （y ；）=仪p （y i ；）。i =1极大似然估计就是寻找一个，使得L （）最大，即赞=argMaxL （y ；），但由于极大似然固有的特性，即无偏性、有效性、一致性，使得在实际问题中找到可解析的函数比较困难。2）概似然

11、方法。概似然方法5的基本思想是假设Y=A x 中所有的X 分量相互独立，将NT 问题分··89应用技术太原科技年第期TAIYUANS CI-TECHXQuery 仍然是一种很有前途的创新语法定义，并且在生成XML 文档等方面，XQuery 有着其他查询语言无可比拟的优势。在计算机领域的不断发展中，（name ，Marry ）。因此，原查询的中间结果集需要较大的空间来存储这些暂时的结果，而优化后的中间结果集仅仅需要存放一个结果，这样改变之后不单单节省了存储空间，而且也减少了查询匹配的时间，从而提高了执行的效率。XQuery 也将势必被越来越广泛的接受，在实际的应用中还需要进一

12、步的研究。参考文献：张晶晶，李楠查询语言的分析与研究电脑知识与技术，（）：孟小峰，王宇，王小锋查询优化研究软件学报，（）：李效东查询的代数表示及其查询优化计算机科学，（）：张晓琳，谭跃生，丁红面向对象的查询系统的设计与实现计算机工程与设计，（）：毕蓉蓉，刘渊，翟学敏企业信息集成中引擎的查询优化计算机工程与应用，（）：（责任编辑梁志刚）结束语随着Internet 的快速发展，XML 数据规模与日俱增，能够准确、高效地查询XML 数据成为目前研究的一个热点问题。笔者通过对W3C 提出的XML 查询语言XQuery 的特点进行了简要的分析和介绍，并结合了一个简单的XML 查询系统的实现，讨论了XQu

13、ery 语言在XML 查询中的具体应用和查询优化的具体方案。目前，尽管XQuery 还不太成熟稳定，但是对于查询和恢复XML 文档与文档集，XML Query Language XQuery Analysis and ResearchLI Yuan-tao ，CAO Zhi-yu（Electronics and Information Engineering College of Lanzhou Jiaotong University, Lanzhou 730070, China ）Abstract:With the widely application of XML, XQuery as t

14、he query language of XML became more and more important. In this paper, we elaborated XQuery as the query language of XML, designed and realized a XML query system based on XQuery. Also we introduced the structural framework and implementation process, and put forward definite plan for optimization.

15、Key words:XML; XQuery; query optimization（上接第 页）Measuring and Testing Technique of Internet Penetration Based onStatisticsSONG Jin ，WANG Ping ，WANG Yi（Electronic and Information Engineering College of Lanzhou Jiaotong University, Lanzhou 730070, China ）Abstract:In this paper, we introduced the analysis theory of inference. Also we elaborated measuring and testing tec