基于遞歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的原始訓(xùn)練數(shù)據(jù)防泄漏密碼生成系統(tǒng)設(shè)計(jì)

鄒 洪，劉家豪，陳 鋒，農(nóng)彩勤，王 斌

（南方電網(wǎng)數(shù)字電網(wǎng)研究院有限公司網(wǎng)絡(luò)安全公司，廣東廣州 510663）

遞歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是一種具有樹(shù)狀階層結(jié)構(gòu)的人工型神經(jīng)應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)，在實(shí)際執(zhí)行環(huán)境中，可按照節(jié)點(diǎn)連接順序?qū)斎胄畔⑦M(jìn)行遞歸性安排，是深度學(xué)習(xí)算法的必要表現(xiàn)形式之一。一般情況下，這種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)體同時(shí)保持權(quán)重共享與拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可變的應(yīng)用能力，可同時(shí)面對(duì)多種較為復(fù)雜的機(jī)器學(xué)習(xí)任務(wù)，在自然語(yǔ)言處理方面具有較強(qiáng)的實(shí)用性?xún)r(jià)值[1-2]。由于階層分布原則的存在，高階層節(jié)點(diǎn)只能被定義為父節(jié)點(diǎn)，而低階層節(jié)點(diǎn)只能被定義為子節(jié)點(diǎn)，二者之間的信息傳輸關(guān)系始終保持不可逆狀態(tài)。

訓(xùn)練數(shù)據(jù)是指在數(shù)據(jù)挖掘處理過(guò)程中，可直接用于訓(xùn)練數(shù)據(jù)挖掘模型的傳輸型應(yīng)用信息，在實(shí)際選擇時(shí)，遵循樣本空間盡可能大、數(shù)據(jù)類(lèi)型盡可能多的原則[3]。隨著待處理訓(xùn)練數(shù)據(jù)總量的增大，信息傳輸安全性會(huì)出現(xiàn)明顯下降的變化趨勢(shì)。為避免上述情況的發(fā)生，傳統(tǒng)進(jìn)程監(jiān)控型編碼系統(tǒng)利用非可變譯碼腳本對(duì)訓(xùn)練數(shù)據(jù)樣本進(jìn)行處理，再利用傳輸密鑰控制信息的實(shí)際傳輸速率。但此方法所需的譯碼等待時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，很難完全滿(mǎn)足信息應(yīng)用文件的及時(shí)性編碼需求。為解決此問(wèn)題，設(shè)計(jì)基于遞歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的原始訓(xùn)練數(shù)據(jù)防泄漏密碼生成系統(tǒng)，聯(lián)合數(shù)據(jù)收發(fā)器及源、譯碼文件等結(jié)構(gòu)完成系統(tǒng)的軟硬件執(zhí)行環(huán)境搭建，再借助既定編碼原則，實(shí)現(xiàn)對(duì)訓(xùn)練數(shù)據(jù)樣本的及時(shí)處理。

1 密碼生成系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

原始訓(xùn)練數(shù)據(jù)防泄漏密碼生成系統(tǒng)的硬件執(zhí)行環(huán)境由遞歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)框架、訓(xùn)練數(shù)據(jù)收發(fā)器、信息防泄漏加密模塊三部分共同組成，具體搭建方法如下。

1.1 遞歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)框架

遞歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)框架由輸入頭結(jié)點(diǎn)、數(shù)據(jù)遞歸結(jié)點(diǎn)、神經(jīng)性應(yīng)用節(jié)點(diǎn)、源碼輸出節(jié)點(diǎn)4 部分共同組成。其中，輸入頭結(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)整合運(yùn)用傳輸?shù)脑加?xùn)練數(shù)據(jù)，并將其按需分配至各級(jí)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備元件之中。數(shù)據(jù)遞歸結(jié)點(diǎn)可在接收數(shù)據(jù)信息參量的同時(shí)，建立與神經(jīng)性應(yīng)用節(jié)點(diǎn)的信號(hào)傳輸關(guān)系，并可將原始訓(xùn)練信息參量整合成多極化傳輸?shù)谋憩F(xiàn)形式[4-5]。在此過(guò)程中，源碼輸出節(jié)點(diǎn)始終保持相對(duì)較為活躍的占用狀態(tài)，可完整接收網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中的所有遞歸信號(hào)，并將其分別轉(zhuǎn)存至不同的數(shù)據(jù)遞歸節(jié)點(diǎn)中。

1.2 訓(xùn)練數(shù)據(jù)收發(fā)器

圖1 遞歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)框架結(jié)構(gòu)

訓(xùn)練數(shù)據(jù)收發(fā)器描述了遞歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在狀態(tài)空間中的信息軌跡行為變化狀態(tài)，一般情況下，隨待傳輸原始訓(xùn)練數(shù)據(jù)樣本的增大，遞歸信號(hào)的連接狀態(tài)也會(huì)由面型轉(zhuǎn)變?yōu)榫€(xiàn)型，且在遞歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中，該類(lèi)型結(jié)構(gòu)元件中的數(shù)據(jù)傳輸行為不會(huì)隨樣本軌跡的延長(zhǎng)而出現(xiàn)發(fā)散性行為狀態(tài)[6-7]。由于網(wǎng)絡(luò)促進(jìn)作用的影響，訓(xùn)練數(shù)據(jù)收發(fā)器一般可被看作具有初始化能力的信號(hào)處理元件，且由于訓(xùn)練性傳輸行為的存在，遞歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)框架可直接對(duì)該原件中的信息傳輸行為進(jìn)行控制，直至原始訓(xùn)練數(shù)據(jù)樣本的編碼執(zhí)行速率逐漸趨于穩(wěn)定。設(shè)s0代表神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中原始訓(xùn)練數(shù)據(jù)樣本的最小遞歸傳輸系數(shù)，sn代表神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中原始訓(xùn)練數(shù)據(jù)樣本的最大遞歸傳輸系數(shù)，n代表樣本信息的遞歸處理次數(shù)，聯(lián)立上述物理量，可將訓(xùn)練數(shù)據(jù)收發(fā)器的連接行為定義為：

其中，代表原始訓(xùn)練數(shù)據(jù)樣本的傳輸均值，w1、w2分別代表兩個(gè)不同的樣本數(shù)據(jù)參量。

1.3 信息防泄漏加密模塊

信息防泄漏加密模塊是原始訓(xùn)練數(shù)據(jù)防泄漏密碼生成系統(tǒng)中的核心執(zhí)行設(shè)備，由文件緩存、樣本信息讀寫(xiě)、緩存數(shù)據(jù)處理等多個(gè)應(yīng)用元件共同組成。其中，文件緩存設(shè)備位于信息防泄漏加密模塊的頂層執(zhí)行單元中，可在緩沖讀寫(xiě)指令的作用下，實(shí)現(xiàn)對(duì)原始訓(xùn)練數(shù)據(jù)樣本的防泄漏編碼處理，并可借助輸出信道，將這些信息參量存儲(chǔ)于系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)單元之中[8-9]。緩存數(shù)據(jù)處理設(shè)備位于信息防泄漏加密模塊的底層執(zhí)行單元中，可隨待讀寫(xiě)樣本信息總量的增加，更改設(shè)備結(jié)構(gòu)體中的信息存儲(chǔ)權(quán)限值，從而使模塊的實(shí)際執(zhí)行需求得到滿(mǎn)足。

圖2 信息防泄漏加密模塊結(jié)構(gòu)圖

2 密碼生成系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

在遞歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的支持下，按照源碼文件建立、譯碼文件建立、編碼原則制定的處理流程，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的軟件執(zhí)行環(huán)境搭建，兩相結(jié)合，完成基于遞歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的原始訓(xùn)練數(shù)據(jù)防泄漏密碼生成系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

2.1 源碼文件

源碼文件是原始訓(xùn)練數(shù)據(jù)樣本防泄漏編碼處理的核心依據(jù)條件，一般情況下，編碼原則的制定，必須完全依賴(lài)該信息參量的實(shí)際存在形式[10-11]。在遞歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中，原始訓(xùn)練數(shù)據(jù)樣本的實(shí)際存儲(chǔ)值越大，最終解碼生成的信息參量樣本數(shù)量級(jí)水平也就越高，且在既定編碼時(shí)間內(nèi)，相關(guān)譯碼參量的指標(biāo)數(shù)值基本始終保持穩(wěn)定[12]。設(shè)Δp代表原始訓(xùn)練數(shù)據(jù)樣本防泄漏編碼條件在單位時(shí)間內(nèi)的實(shí)值變化量，一般情況下，若編碼指令的傳輸消耗時(shí)長(zhǎng)不發(fā)生改變，則該項(xiàng)物理量的數(shù)值水平也會(huì)始終保持穩(wěn)定。λ代表與原始訓(xùn)練數(shù)據(jù)樣本相關(guān)的密碼編譯條件，在上述物理量的支持下，聯(lián)立式（1），可將遞歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中的源碼文件定義為：

式中，e0代表防泄漏數(shù)據(jù)密碼的最小傳輸條件，en代表防泄漏數(shù)據(jù)密碼的最大傳輸條件，u1、u2分別代表兩個(gè)不同的原始訓(xùn)練數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)碼條件。

2.2 譯碼文件

譯碼文件是與原始訓(xùn)練數(shù)據(jù)樣本相關(guān)的密碼轉(zhuǎn)錄樣本，通常情況下，該類(lèi)型參量的存在形式受到源碼文件的直接影響，且二者之間的作用關(guān)系始終可表示為，前者作為跟隨變量、后者作為主動(dòng)變量[13-14]。規(guī)定x0代表遞歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中最小的數(shù)據(jù)信息防泄編碼條件，xn代表遞歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中最大的數(shù)據(jù)信息防泄編碼條件，一般情況下，x0、xn之間的物理空間實(shí)值越大，譯碼文件所覆蓋的數(shù)據(jù)傳輸范圍也就越大。聯(lián)立式（1），可將原始訓(xùn)練數(shù)據(jù)的譯碼文件定義為：

式中，r1代表原始訓(xùn)練數(shù)據(jù)的初級(jí)防泄漏編碼條件，r2代表原始訓(xùn)練數(shù)據(jù)的引申級(jí)防泄漏編碼條件，代表數(shù)據(jù)樣本信息的訓(xùn)練編碼均值量。

2.3 編碼原則

編碼原則建立是基于遞歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)原始訓(xùn)練數(shù)據(jù)防泄漏密碼生成系統(tǒng)設(shè)計(jì)的末尾處理環(huán)節(jié)，可在已知數(shù)據(jù)信息存儲(chǔ)樣本條件的情況下，確定譯碼指令生成所需的實(shí)際消耗時(shí)長(zhǎng)，從而抑制非主觀訓(xùn)練數(shù)據(jù)信息的錯(cuò)誤傳輸行為[15-16]。將第一個(gè)原始訓(xùn)練數(shù)據(jù)樣本的防泄漏編碼參量命名為f1，將第n個(gè)原始訓(xùn)練數(shù)據(jù)樣本的防泄漏編碼參量命名為fn，若不考慮遞歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中其他信息參量指標(biāo)對(duì)原始訓(xùn)練數(shù)據(jù)傳輸行為的影響，則可認(rèn)為fn＞f1的數(shù)值限制關(guān)系恒成立。設(shè)β代表既定的數(shù)據(jù)密碼轉(zhuǎn)錄系數(shù)，聯(lián)立式（3），可將系統(tǒng)所執(zhí)行的編碼原則定義為：

式中，k0代表原始訓(xùn)練數(shù)據(jù)輸入量為0 時(shí)的信息防泄漏編碼條件，kn代表原始訓(xùn)練數(shù)據(jù)輸入量為n時(shí)的信息防泄漏編碼條件，X代表密碼樣本中的信息轉(zhuǎn)錄實(shí)值。至此，完成各項(xiàng)軟硬件執(zhí)行環(huán)境的搭建，在遞歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的支持下[17-18]，實(shí)現(xiàn)原始訓(xùn)練數(shù)據(jù)防泄漏密碼生成系統(tǒng)的順利應(yīng)用。

3 系統(tǒng)應(yīng)用能力測(cè)試

為驗(yàn)證基于遞歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)原始訓(xùn)練數(shù)據(jù)防泄漏密碼生成系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，設(shè)計(jì)如下對(duì)比實(shí)驗(yàn)。搭建如圖3 所示的原始訓(xùn)練數(shù)據(jù)防泄漏編碼處理網(wǎng)絡(luò)，分別將實(shí)驗(yàn)組、對(duì)照組編碼主機(jī)接入終端服務(wù)器設(shè)備之中，其中實(shí)驗(yàn)組主機(jī)搭載基于遞歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)原始訓(xùn)練數(shù)據(jù)防泄漏密碼生成系統(tǒng)，對(duì)照組主機(jī)搭載傳統(tǒng)進(jìn)程監(jiān)控型編碼系統(tǒng)，在確保其他實(shí)驗(yàn)環(huán)境保持不變的情況下，分析相關(guān)實(shí)驗(yàn)指標(biāo)的數(shù)值變化情況。

圖3 數(shù)據(jù)防泄漏密碼生成原理

以20 min 作為一個(gè)單位時(shí)長(zhǎng)，分別記錄在3 個(gè)單位時(shí)長(zhǎng)內(nèi)，實(shí)驗(yàn)組、對(duì)照組系統(tǒng)可同時(shí)處理原始訓(xùn)練數(shù)據(jù)總量的具體數(shù)值變化趨勢(shì)，實(shí)驗(yàn)詳情如表1所示。

表1 單位時(shí)間內(nèi)的原始訓(xùn)練數(shù)據(jù)處理量

分析表1 可知，實(shí)驗(yàn)組原始訓(xùn)練數(shù)據(jù)處理量在每一個(gè)單位時(shí)長(zhǎng)內(nèi)均呈現(xiàn)不斷上升的變化趨勢(shì)，但在相鄰兩個(gè)單位時(shí)長(zhǎng)內(nèi)，卻呈現(xiàn)小幅下降的變化狀態(tài)。對(duì)照組原始訓(xùn)練數(shù)據(jù)處理量在實(shí)驗(yàn)前期一直不斷上升，從第2 個(gè)單位時(shí)長(zhǎng)開(kāi)始，這種數(shù)值變化狀態(tài)的上升能力明顯減弱，綜上可知，所設(shè)計(jì)系統(tǒng)單位時(shí)間內(nèi)的原始訓(xùn)練數(shù)據(jù)處理量水平明顯增大，符合加強(qiáng)原始訓(xùn)練數(shù)據(jù)傳輸安全性的實(shí)際應(yīng)用需求。

表2 記錄了當(dāng)數(shù)據(jù)信息總量不斷增大時(shí)，系統(tǒng)譯碼等待時(shí)間的具體變化情況。

分析表2 可知，隨著數(shù)據(jù)信息總量的增大，實(shí)驗(yàn)組系統(tǒng)譯碼等待時(shí)間保持先上升、再穩(wěn)定、最后下降的變化狀態(tài)，而對(duì)照組系統(tǒng)譯碼等待時(shí)間則始終保持不斷上升的變化狀態(tài)。從極值角度來(lái)看，實(shí)驗(yàn)組最大值0.50 s 與對(duì)照組最大值0.88 s 相比，下降了0.38 s。綜上可知，所設(shè)計(jì)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息的譯碼等待時(shí)間得到了有效控制，可實(shí)現(xiàn)對(duì)信息應(yīng)用文件的及時(shí)性編碼與處理。

表2 系統(tǒng)譯碼等待時(shí)間對(duì)比表

4 結(jié)束語(yǔ)

從實(shí)用性角度來(lái)看，基于遞歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)原始訓(xùn)練數(shù)據(jù)防泄漏密碼生成系統(tǒng)可在縮短數(shù)據(jù)信息譯碼等待時(shí)間的同時(shí)，擴(kuò)充單位時(shí)間內(nèi)的信息數(shù)據(jù)處理量[19]，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)信息應(yīng)用文件的及時(shí)性編碼，也可大幅加強(qiáng)原始訓(xùn)練數(shù)據(jù)的傳輸安全性。