計算機網(wǎng)絡(luò)安全中盲信號分離技術(shù)的應(yīng)用研究

李小丹

摘要：“盲信號分離技術(shù)”一直以來都是信號處理領(lǐng)域的熱點研究問題，并且該技術(shù)在無線通信和圖像處理等多個方面具有良好的發(fā)展前景。該技術(shù)作為交叉性學(xué)科領(lǐng)域的關(guān)鍵知識融合的神經(jīng)信號處理和數(shù)據(jù)挖掘等多個方面的基礎(chǔ)知識，能夠充分保障計算機網(wǎng)絡(luò)安全，在計算機網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域當(dāng)中價值突出。

關(guān)鍵詞：計算機網(wǎng)絡(luò)安全;盲信號分離技術(shù);應(yīng)用

中圖分類號：TP311? ? ? 文獻標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2021）17-0048-02

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識碼（OSID）：

盲信號分離技術(shù)早在20世紀(jì)90年代的法國就已經(jīng)得到了研究，我國從20世紀(jì)90年代末期才開始進行盲分離技術(shù)的分析，并且在相關(guān)的書籍當(dāng)中進行了一些獨創(chuàng)性的分析，涉及多種類型的信號處理方法，例如獨立成分、稀疏成分、平行因子成分等不同類型的因子分析等。

1 盲信號分離技術(shù)的分類

1.1 獨立成分分析

獨立成分分析相對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。由于獨立成分與信號源密切相關(guān)，信號源數(shù)量不能超過觀測設(shè)備的數(shù)量，所以我們要得到獨立成分分析的最佳結(jié)果，才能構(gòu)建優(yōu)化模型，就需要最大化信號源之間的統(tǒng)計獨立特征。我們會選擇最大化源信號作為相關(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，對系統(tǒng)混疊矩陣進行預(yù)測之后，完成信號分離過程。實際上獨立成分分析能夠得到不同指標(biāo)要求下的模型結(jié)果，無論是從信息理論還是從各類優(yōu)化算法的角度來看，求解基于不同指標(biāo)的優(yōu)化模型，能夠通過基于向量的梯度優(yōu)化算法獲得最佳的求解效果。近幾年來的研究當(dāng)中，也通過獨立成分分析提出了一些擴展內(nèi)容，例如有界成分分析。

1.2 稀疏成分分析

以常見的語音信號或圖像信號為例，在時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處理的主要依據(jù)，進行稀疏成分分析。雖然在這一方面的研究起步時間非常晚，但由于它具有相對廣泛的實用性，發(fā)展空間仍然非常充足。而且我們需要重點解決的是欠定線性混疊問題，即分析“同一時刻少數(shù)元活躍”的基本特征。當(dāng)其他元保持沉默狀態(tài)時，如何實施最有效分析。要想實現(xiàn)盲源分離，通常會從兩個角度進行綜合評估，首先是通過聚類算法來對系統(tǒng)共同支撐的有關(guān)信息進行統(tǒng)計處理，然后就是構(gòu)建以吸收度為指標(biāo)的優(yōu)化模型，同時恢復(fù)相應(yīng)的源信號，在通過目標(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，就會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)可通過奇異值分解過程對矩陣展開處理，原因在于矩陣分解具有唯一性，其提取出來的特征會反映出某個矩陣所對應(yīng)的關(guān)鍵信息，同時，如果我們把二維矩陣推廣為三維或是有時更高維度的張量時，分解出來的矩陣也會反映出一個張量包含的所有信息。在初期由于計算量比較大和計算機水平的限制，平行因子分析的研究工作進展緩慢，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。在未來的通信網(wǎng)絡(luò)安全研究領(lǐng)域，我們會立足于具有開放性的無線通信數(shù)據(jù)安全問題將發(fā)送序列設(shè)計進行調(diào)整，讓其具有盲特性特點，使得合法用戶才能解密相應(yīng)的接收信號，非法用戶無法做到這一點[1]。但總體而言，現(xiàn)階段的盲分離技術(shù)方法還需要進行多個層面的深層次探索和研究。

2 盲分離技術(shù)在計算機網(wǎng)絡(luò)安全中的應(yīng)用

2.1 無線通信網(wǎng)絡(luò)安全

從信息的角度來看，對于信息安全進行分析處理是基于物理層面的安全保障工作，如果我們對物理層的安全防御體系展開綜合分析之后，會了解到無線信道具有的唯一特性從而來實現(xiàn)差異性的信道估計工作，然后用不同的波束成型方案來對信號接收效果進行優(yōu)化，最大化提升接收機信號質(zhì)量。從這一層面來看，如果要讓雙方信道安全處于同一標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)該先將密鑰進行信息共享，然后讓發(fā)送者和接收者之間進行聯(lián)動，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)用至無線通信網(wǎng)絡(luò)安全領(lǐng)域之后，就可以設(shè)計具有隨機特性的訓(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，進一步增強無線通信過程的性能和安全穩(wěn)定性。

按照系統(tǒng)模型要求，發(fā)射機與合法接收機之間的信道被稱為合法信道，雙方在進行通信之前，無論是發(fā)射機還是接收機，都會對信號進行評估，從而確定訓(xùn)練序列是否與信息相互匹配，換言之非法接收機也可以通過接收的序列系列實現(xiàn)非法信道的估計，所以為了進一步保障信息安全，提出雙向訓(xùn)練策略之后，就能考慮到差異性特點進行反饋訓(xùn)練過程管理，避免非法接收機端預(yù)估信道信息。具體而言，雙向訓(xùn)練的核心內(nèi)容在于將整個訓(xùn)練階段一分為二，其中逆向訓(xùn)練過程中的信號發(fā)送會采用公知序列實現(xiàn)，前項訓(xùn)練則使用通知序列疊加人工噪聲序列。

這樣一來既能夠保證合法接收機的信號，估計質(zhì)量同時也能讓非法接收機信信道質(zhì)量顯著下降[2]。

逆向信道訓(xùn)練階段合法接收機端發(fā)送逆向訓(xùn)練序列至發(fā)射機之后，這一階段非法接收機只能從另一信道接收信息，所以序列作為私密信號會且只會被合法接收機進行接收，區(qū)別于現(xiàn)有的差異性信道估計方案，并且從二階統(tǒng)計信息中分析出白化矩陣。在前向信道訓(xùn)練階段，前項序列設(shè)計應(yīng)該滿足幾個方面的要求，一是要保障接收機端的信號估計質(zhì)量，二是控制非法接收機端的情況估計質(zhì)量，同時在展開信道估計的過程當(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，實現(xiàn)了對傳統(tǒng)電網(wǎng)的改造，讓更加靈活的接入方式得到充分運用，某些智能化終端和設(shè)計，也發(fā)揮了相應(yīng)的技術(shù)優(yōu)勢，全方面提升了電力網(wǎng)絡(luò)的智能化程度。如果要對現(xiàn)有的電力網(wǎng)絡(luò)進行改造升級，要考慮隨之而來的安全風(fēng)險，例如數(shù)據(jù)控制系統(tǒng)作為整個電力網(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)的過程當(dāng)中還要進行設(shè)備管理和信息規(guī)劃等各項工作。對整個控制系統(tǒng)進行的攻擊類型主要包含三個方面，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)生的危險程度最高，因為它不僅會直接造成符合損失，引起電網(wǎng)停電，同時還會讓線路過載引發(fā)大范圍的潮流轉(zhuǎn)移問題。從電網(wǎng)建設(shè)的角度來看，隱蔽性的數(shù)據(jù)攻擊，本質(zhì)上是一個攻擊和防御的問題，大量的研究工作也從攻擊者或防御者的角度進行了深入研究，例如從防御者的角度來看，核心問題是如何發(fā)現(xiàn)并控制隱蔽性數(shù)據(jù)攻擊;從攻擊者的角度來看，如何以最小的代價實現(xiàn)高效的隱蔽性數(shù)據(jù)攻擊，則成為研究重點[3]。

從系統(tǒng)模型的角度來看，整個數(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)看作一個無損直流負(fù)荷功率模型，那么其中母線節(jié)點、輸電線路以及復(fù)合就成為主要組成部分，不同的節(jié)點通過安裝智能電表的輸電線路進行連接，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)計相關(guān)，負(fù)荷元素滿足均值分布特點具有獨立特征[4]。終端的智能電表和通信系統(tǒng)在受到隨機干擾時會產(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)。現(xiàn)階段，隱蔽性的數(shù)據(jù)攻擊仍然比較復(fù)雜，會基于現(xiàn)有的不良數(shù)據(jù)檢測手段，篡改電表內(nèi)的合法數(shù)據(jù)，電力系統(tǒng)方觀測難度較大，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)致整個電力系統(tǒng)變得癱瘓。當(dāng)然，基于部分量測矩陣信息條件之下攻擊者仍然可能進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，也會進行相對隱蔽性的數(shù)據(jù)驅(qū)動攻擊策略，所以我們可以通過盲分離算法控制風(fēng)險，對于標(biāo)準(zhǔn)的電力網(wǎng)絡(luò)而言，隱蔽性的數(shù)據(jù)攻擊可以通過電力儀表實現(xiàn)具體工作，而從保護的角度來看，基于數(shù)據(jù)驅(qū)動的隱蔽性數(shù)據(jù)攻擊策略，能夠通過平行因子分析，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

分離技術(shù)無論是從理論研究還是從應(yīng)用角度來看成果顯著，技術(shù)進步特征明顯。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，在計算機網(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。

參考文獻：

[1] 周悅.盲信號分離技術(shù)在計算機網(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，2019，32（5）：17-18.

[2] 任靜，李維勤，惠鏸.基于alpha穩(wěn)定分布的盲信號分離[J].計算機工程與應(yīng)用，2014，50（18）：215-219，229.

[3] 任子良，秦勇.一種噪聲未知條件下的盲信號提取方法[J].電子科技大學(xué)學(xué)報，2018，47（5）：646-653.

[4] 賀亮，王永程，李赟，等.基于Lindeberg-Feller定理的網(wǎng)絡(luò)異常檢測算法[J].計算機工程與應(yīng)用，2019，55（4）：41-47.

【通聯(lián)編輯：李雅琪】