人工智能與逆向工程

文/陳佳音

1 人工智能的發(fā)展現(xiàn)狀

人工智能有很多分支和學(xué)派，但就普通大眾來講，應(yīng)該了解當(dāng)前人工智能發(fā)展的三個基本概念，它們分別是人工智能的定義、機(jī)器學(xué)習(xí)理論和統(tǒng)計(jì)學(xué)習(xí)理論，下面將分別予以介紹：

（1）什么是人工智能？機(jī)器具有或展現(xiàn)了像人一樣的智慧，即為人工智能。人工智能的主要方向是機(jī)器學(xué)習(xí)。

（2）什么是機(jī)器學(xué)習(xí)？機(jī)器能夠像人一樣通過學(xué)習(xí)自動提升性能，即為機(jī)器學(xué)習(xí)。當(dāng)前機(jī)器學(xué)習(xí)的主流是統(tǒng)計(jì)學(xué)習(xí)。

（3）什么是統(tǒng)計(jì)學(xué)習(xí)？機(jī)器利用統(tǒng)計(jì)學(xué)知識對海量數(shù)據(jù)（大數(shù)據(jù)）進(jìn)行分析和挖掘（學(xué)習(xí)）進(jìn)而不斷調(diào)整自身參數(shù)、提升自身性能的過程，即為統(tǒng)計(jì)學(xué)習(xí)?，F(xiàn)在主要的工業(yè)智能應(yīng)用都是基于統(tǒng)計(jì)學(xué)習(xí)理論的。

人工智能的實(shí)現(xiàn)大體包含四個主要步驟：數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)清洗或標(biāo)記、數(shù)據(jù)分析、智能化決策。數(shù)據(jù)采集，是指通過物聯(lián)網(wǎng)等手段采集或抓取海量的數(shù)據(jù)過程；數(shù)據(jù)清洗或標(biāo)記，是指對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行融合、去除冗余、結(jié)構(gòu)化處理、標(biāo)記等過程，其為后續(xù)的分析工作提供規(guī)范格式的輸入內(nèi)容；數(shù)據(jù)分析，是指利用云計(jì)算集群、超級計(jì)算機(jī)等算力基礎(chǔ)，運(yùn)行大數(shù)據(jù)相關(guān)軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析、分類、擬合、發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)內(nèi)聯(lián)關(guān)系的過程；智能化決策，是指在數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)上根據(jù)現(xiàn)實(shí)狀況，調(diào)整參數(shù)、建立并改進(jìn)決策模型、實(shí)現(xiàn)智能化控制的過程。數(shù)據(jù)分析和智能化決策兩個步驟連在一起即為前文所講的統(tǒng)計(jì)學(xué)習(xí)過程，或簡稱學(xué)習(xí)。

有很多數(shù)學(xué)上的方法都可以實(shí)現(xiàn)人工智能，而根據(jù)其學(xué)習(xí)機(jī)理及對輸入數(shù)據(jù)的要求，人工智能方法又可以分為有監(jiān)督的學(xué)習(xí)、無監(jiān)督的學(xué)習(xí)和半監(jiān)督的學(xué)習(xí)。有監(jiān)督的學(xué)習(xí)，或稱有指導(dǎo)的學(xué)習(xí)，是指在學(xué)習(xí)前先對輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)記，人為的指出數(shù)據(jù)中的正例、反例或程度值，這樣會造成機(jī)器學(xué)習(xí)的過程中形成與標(biāo)記數(shù)據(jù)相匹配的決策模型，從而實(shí)現(xiàn)在人類指導(dǎo)下的自動決策。無監(jiān)督的學(xué)習(xí)，是指不事先對數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)記，而通過聚合度等方式由機(jī)器自主的對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、分類的過程，該過程實(shí)現(xiàn)了無人指導(dǎo)的機(jī)器自主決策。半監(jiān)督的學(xué)習(xí)，則是以上兩種思想的結(jié)合體。

有監(jiān)督的學(xué)習(xí)，強(qiáng)調(diào)了人的引導(dǎo)性，對已知世界有的放矢，卻缺乏機(jī)器對未知世界的探索能力。無監(jiān)督學(xué)習(xí)，強(qiáng)調(diào)了機(jī)器的自主性，可是由于技術(shù)能力的限制和數(shù)據(jù)的有限性，往往很難做出令人類滿意或者說符合現(xiàn)實(shí)情況的決策，因而應(yīng)用的范圍十分有限，但無監(jiān)督學(xué)習(xí)代表了機(jī)器能夠自主獲取并提煉知識的能力，即如同人類一樣的學(xué)習(xí)能力，是人工智能領(lǐng)域的終極目標(biāo)。

常用的人工智能學(xué)習(xí)方法有很多，主要包括回歸分析、決策樹、神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)、支持向量機(jī)、貝葉斯網(wǎng)絡(luò)等方式，下面對其中的主流方法做以介紹：

（1）回歸分析：回歸分析是最基本的統(tǒng)計(jì)分析方法，其基本思想是利用直線來模擬數(shù)據(jù)變化趨勢或?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行分類，又可以分為對連續(xù)數(shù)據(jù)擬合的線性回歸和對離散數(shù)據(jù)分類的邏輯回歸。股指變化趨勢線和摩爾定律曲線都是通過線性回歸對數(shù)據(jù)變化趨勢預(yù)測的經(jīng)典案例。而圖1則利用一條直線分割了兩類數(shù)據(jù)點(diǎn)，是邏輯回歸的典型特征。

（2）決策樹：決策樹是利用信息特征的概率分布情況（信息熵）生成樹，并進(jìn)行數(shù)據(jù)分類、決策的一種方法。比如銀行可以通過收集客戶個人經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)、生成決策樹并對其還貸能力進(jìn)行人工智能判定，婚介網(wǎng)站也可以建立決策樹模型實(shí)現(xiàn)會員相親的自動匹配。

圖1：邏輯回歸圖示

（3）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)：神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是一種模擬人類腦神經(jīng)的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)，理論上講，只要用于模擬的神經(jīng)元個數(shù)足夠多，即可以完成對任何連續(xù)數(shù)據(jù)的曲線擬合或?qū)θ魏坞x散數(shù)據(jù)的分類工作。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的著名案例是震驚世界的圍棋程序AlphaGo，其先后打敗韓國國手李世石和中國國手柯潔，AlphaGo在內(nèi)部構(gòu)建了基于深度學(xué)習(xí)理論的兩種多層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，分別是用于評估自身落子收益的價值網(wǎng)絡(luò)和用于推斷對手可能落子位置的決策網(wǎng)絡(luò)。

（4）集成學(xué)習(xí)：人工智能領(lǐng)域有一個著名定理—“沒有免費(fèi)的午餐”，即指沒有任何一個算法能解決所有問題，而是應(yīng)該根據(jù)不同的問題選擇不同的算法。因此，人們設(shè)計(jì)了集成學(xué)習(xí)系統(tǒng)，這種系統(tǒng)利用多個較弱的學(xué)習(xí)算法分別處理問題，然后再把多項(xiàng)弱結(jié)果擇優(yōu)合成到為一個強(qiáng)結(jié)果，很顯然這樣做可以提高整體的學(xué)習(xí)能力。

（5）聚類分析：聚類分析是利用數(shù)據(jù)內(nèi)部特征對其自動進(jìn)行分類的一種無監(jiān)督學(xué)習(xí)方法。以銀行“客戶分類”為例，其可以以客戶的年齡和收入為軸構(gòu)建坐標(biāo)系，再把相應(yīng)的數(shù)據(jù)描繪到坐標(biāo)平面上，最后根據(jù)坐標(biāo)點(diǎn)的分布情況自動對客戶進(jìn)行分類，每個類別內(nèi)部的點(diǎn)要盡量的近，而類別之間的距離要盡量的遠(yuǎn)。

2 逆向工程的意義與發(fā)展

廣義的逆向工程是指在不能獲得目標(biāo)產(chǎn)品生產(chǎn)信息的情況下，對其成品進(jìn)行分析，反推其設(shè)計(jì)原理的過程。軟件逆向，是指把逆向工程思想應(yīng)用于軟件領(lǐng)域，針對特定軟件，以反匯編閱讀源碼的方式去推斷其加密參數(shù)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、體系結(jié)構(gòu)和程序設(shè)計(jì)信息的過程。軟件逆向技術(shù)的目的是研究和學(xué)習(xí)先進(jìn)的技術(shù)，本文余下部分所提到的逆向工程都是指軟件逆向。

逆向工程的主要分支包括密碼逆向、加密機(jī)制逆向和代碼逆向。密碼逆向是指通過密文或已知的部分明文反向推測密碼的過程，典型的例子是應(yīng)用彩虹表推測密碼。加密機(jī)制逆向是指針對加密體系構(gòu)建的漏洞進(jìn)行推測和攻擊，曾經(jīng)大行其道的蹭網(wǎng)器就是利用了這種方式。代碼逆向則利用了操作系統(tǒng)或編輯器的調(diào)試接口，通過可執(zhí)行代碼反推源代碼的流程邏輯，如圖2所示。

逆向工程應(yīng)用主要包括外掛編寫，加密體系破解和源代碼分析等。外掛，是網(wǎng)絡(luò)游戲中的附加軟件，其利用逆向工程中的注入、鉤取等手段把額外的代碼附著于游戲本體代碼之上，形成了額外的游戲功能；加密體系破解，則是指利用逆向工程手段繞過軟件本體原有的保護(hù)機(jī)制，達(dá)到免費(fèi)使用未授權(quán)軟件的目的，即是盜版軟件；源代碼分析，是指利用逆向工程通過可執(zhí)行代碼反推源代碼的工作原理、流程等相關(guān)內(nèi)容，常被安全人員用于對病毒和木馬的分析，已達(dá)到防毒防馬的目的。

3 人工智能與逆向工程的結(jié)合研究

人工智能與逆向工程的結(jié)合研究可包含兩方面：從白客角度講，可以利用人工智能來防范逆向工程；從黑客角度講，可以利用人工智能來實(shí)現(xiàn)逆向工程。

3.1 利用人工智能來防范逆向工程的原理

無論哪一種形式的逆向工程，都會對程序的數(shù)據(jù)流進(jìn)行嗅探、分析、測試和修改，這勢必會引起數(shù)據(jù)異常，少量的異?；蛘呖梢员灰暈檎Ｇ闆r，但大量的異常則必然呈現(xiàn)統(tǒng)計(jì)學(xué)特征。在這種情況下，安全人員就可以使用統(tǒng)計(jì)學(xué)習(xí)理論來提取特征、分析數(shù)據(jù)、進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對逆向工程的判定、識別和分類。其可應(yīng)用于如下場景：

（1）智能識別外掛。外掛程序常常會修改主機(jī)內(nèi)存或C/S通信中的敏感數(shù)據(jù)，這樣的修改具有一定的隱蔽性，很難從個例上判定其是否違規(guī)。但游戲設(shè)計(jì)人員可以利用人工智能方法在服務(wù)器端統(tǒng)計(jì)、分析客戶端發(fā)送過來的數(shù)據(jù)包異常，進(jìn)而對客戶端是否使用外掛做出判定。

圖2：代碼逆向

（2）病毒木馬防護(hù)。木馬、病毒、勒索程序在入侵主機(jī)的過程中都會繞過已知防御體系，但其行為、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、代碼架構(gòu)、傳播方式等都有著類似的特征，因此安全人員可以利用人工智能技術(shù)對這些特征進(jìn)行建模、分析和學(xué)習(xí)，進(jìn)而達(dá)到識別未知的木馬、病毒和可疑進(jìn)程的目的。

（3）網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控。在網(wǎng)絡(luò)上傳輸?shù)乃忻襟w，本質(zhì)上講都是某種特定結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)，因而監(jiān)控人員可以將其抽象成特征矩陣，利用建模、統(tǒng)計(jì)、學(xué)習(xí)等人工智能方法對文字、視頻、音頻等媒體流進(jìn)行分析、過濾、預(yù)警、監(jiān)控等操作。

3.2 利用人工智能來實(shí)現(xiàn)逆向工程的原理

黑客可以利用人工智能技術(shù)對海量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，找到隱藏在其中的軟件漏洞、體系缺陷，從而進(jìn)行攻擊和逆向，其可應(yīng)用于如下場景：

（1）防御手段識別和繞過，黑客可以使用人工智能程序向?qū)Ψ烙桨l(fā)送請求，再對其返回?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、分析，進(jìn)而識別防御方采用了哪些防御手段。在防御識別的基礎(chǔ)上，黑客還可以利用智能化技術(shù)繞過相應(yīng)的防御手段，比如通過圖片識別技術(shù)繞過驗(yàn)證碼等。

（2）密碼推測，加解密是一種非線性的一一映射過程，那么是否可以利用深度神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)的過度學(xué)習(xí)方式或?qū)咕W(wǎng)絡(luò)來模擬這個過程呢？谷歌公司近年在相關(guān)方向上進(jìn)行探索和研究并取得了一定成果。

（3）智能代碼逆向，代碼逆向是通過機(jī)器碼、匯編碼、字節(jié)碼反推程序源碼、運(yùn)行流程及數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的過程，在這一過程中，需要面對龐大的底端代碼并結(jié)合上下文進(jìn)行分析和推理，這樣繁復(fù)的工作往往非人力能夠勝任。利用人工智能理論中的自然語言處理和文本理解技術(shù)，實(shí)現(xiàn)智能代碼逆向，將會極大的加快逆向分析的速度。

（4）智能隨機(jī)加密反監(jiān)控。單一的加密體系很容易被針對或繞過，被監(jiān)控方可以根據(jù)集成學(xué)習(xí)原理，隨機(jī)智能變換或組合加密算法、秘鑰生成策略、生成時間、秘鑰，達(dá)到躲避監(jiān)控的目的。

（5）數(shù)據(jù)毒化。統(tǒng)計(jì)學(xué)習(xí)理論基于大數(shù)據(jù)分析，大量的假例必然影響分析的準(zhǔn)確性。黑客可以利用人工智能自動產(chǎn)生海量與真實(shí)標(biāo)記相反的反例數(shù)據(jù)，并釋放到網(wǎng)絡(luò)上，這樣做會達(dá)到往真實(shí)數(shù)據(jù)中“摻沙子”、甚至“下毒”的目的，影響敵方的大數(shù)據(jù)采集、分析，進(jìn)而影響其的決策能力。

4 結(jié)語

本文從人工智能和逆向工程兩方面入手，分析了二者各自的技術(shù)特點(diǎn)和主流應(yīng)用，并對其結(jié)合前景進(jìn)行了分析、研究并提出的相應(yīng)看法。人工智能和逆向工程都是大有潛力的技術(shù)，學(xué)習(xí)并掌握相關(guān)技能對個人和國家的發(fā)展極為重要，每位國人都應(yīng)調(diào)整好心態(tài)全力建設(shè)一個既安全又智能的新時代。