基于Android平臺的異常軟件智能檢測方法的研究

黃玉書

摘要：當前智能手機市場中，Android系統(tǒng)的智能手機市場比例較大，而在豐富的應用軟件中混雜著一些不易察覺的異常軟件，Android平臺軟件的安全問題引起很多學者的注意。該文從低能耗開銷目的出發(fā)初步惡意軟件的檢測，設(shè)計了基于權(quán)限特征的異常軟件智能檢測方法，首先對樣本的權(quán)限信息的進行提取，然后根據(jù)CFS算法進行權(quán)限屬性選擇，最后利用AODE分類器對屬性過濾后的權(quán)限特征進行分類，實現(xiàn)了異常軟件輕量級初步檢測。

關(guān)鍵詞：Android;異常軟件;檢測;特征選取;機器學習

中圖分類號：TP311? ? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2021）06-0068-02

1 緒論

當前智能手機市場中，Android系統(tǒng)的智能手機市場比例較大，是目前使用范圍最廣的手機系統(tǒng)。由于Android系統(tǒng)具有免費開源的特點，在豐富的應用軟件中混雜著一些不易察覺的異常軟件，加之用戶的安全意識薄弱，Android平臺軟件安全問題亟須解決。本文為了解決Android平臺中軟件安全問題，利用機器學習，結(jié)合惡意軟件特征值的方法進行檢測。根據(jù)能反映軟件惡意傾向的權(quán)限，設(shè)計檢測方法，目的在于以較小開銷實現(xiàn)了異常軟件輕量級初步檢測。

2 Android平臺異常軟件相關(guān)檢測理論

2.1 Android安全機制

Google公司在設(shè)計開發(fā)Android操作系統(tǒng)時從Linux內(nèi)核、本地庫和運行環(huán)境以及應用程序框架這三個方面設(shè)置了相應的Android安全機制[1]。

2.2 機器學習概述

機器學習[2]是近20年開始興起的利用計算機來模擬人類學習的一個復雜的學科。機器學習在人工智能跟統(tǒng)計分析的這兩個領(lǐng)域得到最廣泛的應用[3]。機器學習理論主要是設(shè)計和分析一些讓計算機可以自動“學習”的算法，是一類從數(shù)據(jù)中智能分析獲得規(guī)律，并利用規(guī)律對未知數(shù)據(jù)進行預測的算法[4]。本文用機器學習的方法進行研究，是因為機器學習具有智能性，不強烈依賴重量級的庫，而且還具有預測未知樣本的能力。本文涉及的機器學習算法中關(guān)鍵的技術(shù)是特征選取和分類算法。在機器學習中分類是比較重要的方向，分類的基本思想是：通過樣本的學習，得出分類器，利用分類器預測未知樣本的類型。

2.3 Android惡意軟件檢測技術(shù)

目前針對異常軟件檢測方法有兩大類，根據(jù)軟件在檢測過程中是否需要運行軟件，將檢測技術(shù)劃分為動態(tài)檢測技術(shù)和靜態(tài)檢測技術(shù)。

本文從節(jié)省開銷方面考慮，設(shè)計了基于機器學習的特征值檢測方法，通過學習正常軟件和惡意軟件特征，形成分類器，利用分類器對待測樣本實現(xiàn)分類。這種方法不強烈依賴重量級的庫，能夠用來檢測未知的惡意軟件。本文設(shè)計了基于權(quán)限特征的智能檢測方法進行檢測，這種方法對系統(tǒng)資源開銷較小。

3 基于權(quán)限特征的異常軟件檢測方法

3.1 權(quán)限特征檢測方案設(shè)計

本章根據(jù)權(quán)限特征進行分類，首先要進行樣本的權(quán)限信息的提取，然后根據(jù)CFS算法進行權(quán)限屬性選擇，選擇權(quán)限屬性與類屬性相關(guān)度高的屬性并且去除掉冗余屬性，然后用AODE分類器對屬性過濾后的權(quán)限特征進行分類，通過先驗概率計算正常與惡意的后驗概率，最后把后驗概率最大的類別作為該軟件的類別。整個方案的流程圖如圖1所示。

3.2 權(quán)限信息處理模塊

根據(jù)本文設(shè)計的權(quán)限特征檢測方案，要對獲取權(quán)限特征值，首先要提取軟件的權(quán)限信息，然后對提取的權(quán)限進行特征映射形成特征向量。本文采用的是CFS算法對權(quán)限信息進行特征提取，該算法采用的是CfsSubsetEval的評價方法，利用相關(guān)性來評價屬性子集，選取的是對類屬性具有強相關(guān)的以及屬性與屬性之間具有弱相關(guān)或者不相關(guān)的屬性子集作為權(quán)限特征。

3.3 AODE分類模型

本文根據(jù)一種緩解屬性間相互獨立地條件假設(shè)且性能較為出色的平均、一依賴分類器（Aggregating One-Dependence Estimators，簡稱AODE）算法進行分類。

其中，[Πxk]為[xk]的父親結(jié)點。由于AODE分類器是基于樸素貝葉斯算法改進的，是對屬性間相互獨立的一種弱化，符合本文權(quán)限屬性之間不一定獨立實際情況，具有較好的應用場景，所以本文中的權(quán)限特征分類的算法選用該算法來實現(xiàn)分類預測。

4 權(quán)限特征的異常軟件檢測實驗結(jié)果與分析

4.1 實驗樣本

為了保證樣本的多樣性，本文的正常軟件樣本包含了十類常見的軟件，本文實驗中的正常和異常軟件樣本的數(shù)量，經(jīng)過人工整理，組成了500個正常樣本和 500個惡意樣本，共同組成實驗樣本。

4.2 全部權(quán)限屬性分類算法實驗

本實驗用AODE分類模型與其他三種常用的分類模型進行對比實驗，分別對不同測試數(shù)據(jù)進行均值計算，得出結(jié)果如表1所示。

4.3 權(quán)限特征屬性分類算法實驗

1）實驗過程

前面對樣本的全部權(quán)限作為特征進行分類實驗檢測率有較高的檢測率，接著對權(quán)限特征進行選擇，進行CfsSubsetEval屬性選擇后，產(chǎn)生最佳屬性子集。權(quán)限屬性由不包含類標記的135個全部屬性，減少為15個，屬性特征數(shù)量明顯減少。

2）實驗結(jié)果

本次實驗與權(quán)限的全部屬性分類中采用的是相同的數(shù)據(jù)集，針對不同的訓練樣本和測試樣本數(shù)量進行實驗，分別對不同測試數(shù)據(jù)進加權(quán)平均計算，得出經(jīng)過CFS屬性選擇后的上述分類算法在不同訓練數(shù)據(jù)的平均值如表2所示。

4.4 實驗結(jié)果對比分析

經(jīng)過屬性選擇的AODE分類算法具有較高的準確率和檢測率。屬性選擇前后，基于權(quán)限特征的異常軟件檢測結(jié)果如表3所示。

經(jīng)過屬性選擇后的特征數(shù)量明顯減少，只有15個，說明經(jīng)過權(quán)限屬性特征選擇的AODE分類器的維數(shù)顯著減少，而分類精度基本保持不變，能明顯減小能耗開銷，具有較好的性能。

5 結(jié)論

以上實驗表明，本文基于AODE分類模型的分類精度相較于基礎(chǔ)的NB模型有了明顯的提高，也高于ID3和IBK的分類精度。而利用CFS算法對權(quán)限屬性進行特征選取，得到的權(quán)限特征數(shù)量明顯減少，節(jié)省了能耗開銷，AODE分類算法的檢測率變化不大，仍然具有較高的準確率。驗證了運用CFS屬性選擇與AODE分類器相結(jié)合的檢測方案的優(yōu)良性，實現(xiàn)了異常軟件輕量級初步檢測。

參考文獻：

[1] 吳倩，趙晨嘯，郭瑩.Android安全機制解析與應用實踐[M].北京：機械工業(yè)出版社，2013.

[2] Mitchell. Machine learning[M].Burr Ridge，IL：McGraw Hill，1997.

[3] 高新波，張軍平.機器學習及其應用[M].北京：清華大學出版社，2015.

[4] 李航.統(tǒng)計學習方法[M].北京：清華大學出版社，2012.

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