基于特征值推薦系統托攻擊檢測

衛星君

摘要 本文提出基于特征值的推薦系統托攻擊檢測。使用信息增益為不同攻擊模型選擇合適的特征值。確定攻擊目標為K-means選擇初始聚類中心，從而劃分攻擊用戶和普通用戶，識別出攻擊用戶.實驗證明該算法有較好的檢測準確率。

關鍵詞 托攻擊；特征指標；聚類

中圖分類號 TP3 文獻標識碼 A 文章編號 1674-6708（2016）159-0079-02

1 概述

為了解決這種“信息過載”問題，個性化服務技術因此而誕生。它通過收集和分析用戶的信息，在用戶手動搜索之前將有用信息推薦給用戶，來為不同用戶提供不同的服務和內容。個性化推薦系統（personalizedrecommendersystems）（簡稱為推薦系統）已經成為解決信息過載問題不可缺少的一部分。在實際情況中，推薦系統的建議可以影響用戶的選擇行為，從而帶來巨大經濟利益。為了誤導系統，“攻擊者”會偽造用戶記錄，使得成為盡量多的正常用戶的近鄰，然后給要攻擊的目標物品特好或者特差的評分值。為了確保偽造的記錄能夠奏效，攻擊者需要找到更好的方法給系統做“托（shilling）”，最終實現影響系統的目的。

2 托攻擊模型

2.1 相關定義

定義1（攻擊概貌）托攻擊是由注入推薦系統的攻擊概貌構成。攻擊者確定攻擊項（itemt），給予部分項適當的評分構成一條攻擊記錄。

2.2 攻擊模型

主流的攻擊模型有隨機攻擊、均值攻擊、流行攻擊。

1）隨機攻擊

依據攻擊概貌，隨機攻擊的選擇項為空集（I_s=φ），推攻擊目標相為最大值評分（I_t=s_max），核攻擊目標項為最小值評分（I_t=_min）。填充項（IF）隨機選取除目標項之外的項集，填充項的評分則服從推薦系統中評分的正態分布。

2）均值攻擊

依據攻擊概貌，均值攻擊的選擇項為空集（I_s=φ），推攻擊目標相為最大值評分（I_t=_max），核攻擊目標項為最小值評分（I_t=_min）。填充項（IF）隨機選取除目標項之外的項集，填充項的評分則服從推薦系統中對項目（item_i）評分的正態分布。

3）流行攻擊

依據攻擊概貌，流行攻擊同前兩種攻擊的不同在于添加了選擇項。由于熱門物品（流行項）很容易獲得，比如暢銷的書籍，受歡迎的電影等。攻擊者會挑選幾款流行的物品，賦予系統中最大值評分作為填充項（IF=s_max）。

3 特征屬性值的選擇

攻擊用戶和普通用戶本質上存在著差異性，可以計算每個用戶對應特征值，來區分普通和攻擊用戶。

3.1 特征屬性值

通過K-mean將標記用戶歸為不同簇集，得到穩定的k個聚類中心mean（k）。無論攻擊用戶或普通用戶，將其分類到第K簇集，用戶評分向量之間的相似度較高，因此其屬性值也較近似。文獻提出了不同的特征屬性值，用來反映當前用戶概貌的差異。對于用戶概貌辨識度較高的通用特征屬性如何下。

1）RDMA用來區分用戶概貌每一個項的平均偏離程度。

2）WDMA用來區分用戶概貌稀疏項的評分偏離程度，各變量含義同RDMA。

3）LengthVar用戶概貌在系統中平均長度的變化。

4）FMV用來辨別用戶概貌中填充項的變化。

3.2 攻擊概貌屬性值的選擇

本文針對不同攻擊模型選擇合適的特征值。選擇可以遵循信息增益大小來確定，依據分類系統中分類個數和樣本情況評估。信息增益為分類系統的熵與條件熵差。表1所示，依據信息增益選擇的特征值。

4 基于特征值半監督檢測算法

4.1 算法步驟

具體步驟如下：

Step1采用上文描述的改進k-Means算法對標記用戶進行聚類，劃分為不同的K個簇集。

Step2利用式（2）、（3）求出簇集合均值中心mean（k）。

Step3計算Max（sim（user，k）），即計算與k個均值中心的相似度，把用戶劃分到相似度最大值對應的簇