模式識別在航海安全中的應用與研究

陳升智 羅蓓蓓

摘要：本文首先簡要分析了航海安全識別的目的，探討了航海安全識別的工作原理，最后探討了模式識別在日志分析中的實際應用，望能為此領域研究有所借鑒。

關鍵詞：模式識別；航海安全；數據挖掘

中圖分類號：TP391.4 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2018）08-0099-02

各船企對應用日志、系統日志的管理觀念正發生著較大程度改變，從起初的日志僅被用作明確系統正常與否，到現階段借助于集中監控平臺，實施監控日志，且對關鍵詞進行準確識別，及時發出價值警告，保證航海安全。近年來，伴隨航海日志量及數據量的不斷增多，日志內容的日趨豐富，許多船舶企業從航海日志中發現，其中蘊含著十分豐富且有價值的信息，可以在航海安全中得到更好應用。本文就模式識別在航海安全中的應用作一探討與剖析。

1 航海安全識別的目的

針對模式識別而言，一般情況下，其所指的是人們在各種現象或事物進行觀察時，從中找尋其與其它事物間，或者是與其它現象之間，所存在的差異性與相同點，而且在實際操作中，還需根據現實需要，將各相似但是卻并不完全相同的現象或事物，以一種合理、恰當的方式組合在一起。為了能夠更好從部分事物或現象當中，將事物或現象的總體突出出來，將這樣一些個別的現象或事物作為基本模式。

1.1 在航海安全中應用模式識別的基本目的

（1）在數量龐大的航海日志流當中，將簡單、重復的相關事件找出來。（2）構建模式基線，此些基線能夠將正常的事件流表示出來，且過濾那些匹配的事件。（3）以過濾之后所得到事件為對象，開展系統化分析，從中把那些比較有價值、有意義的信息找出來。借助于此方法，對那些沒有被關注的新型事件，開展深層次、全面性、系統化的挖掘與研究，或者根據現實情況，從中找出那些仍然充斥著許多未知內容的事件。對于日志模式識別來考量，其應用在安全事件鑒別上，尤其是航海安全事件鑒別中，能夠從中獲得更多信息，而且此些信息更具價值性，因而可以從中得到更多的收益。針對模式識別來講，其能夠根據現實情況及需要，以一種自動方式，對那些微小的或長期性的模式檢測出來，此些模式在傳統的日志檢測中往往較大被發現。

1.2 借助模式檢查可實現內容

（1） 零日攻擊檢測。所謂零日漏洞，從根本上來講，就是被發現后，會在較短時間內被惡意利用，因而引發不同程度的安全缺陷，針對此種攻擊而言，其通過鉆廠商系統所存在的漏洞與不懂，趁虛而入，破壞數據與信息，噪聲數據丟失，此種攻擊便是在航海業內經常提到的“零日攻擊”。對于模式發現來講，其可以根據實際需要，將那些歷史模式信息記錄下來，構建起更加全面、豐富且實用的模式基線，因此，能夠從中發現那些之前并沒有被發現的行為模式，對此，航海人員對于那些存在異常的行為日志，可以更加及時、準確的找出來。（2）慢攻擊檢測。慢速攻擊與海量流量、快速的傳統攻擊方式存在本質區別，通常是反其道而行，是在一段比較長的時間內，以一種比較緩慢的方式來開展行為攻擊。此種攻擊方式往往存在比較明顯的隱蔽性，因異常時間多分布于比較長的時間段內，所以，對于攻擊系統而言，在還沒有被攻陷前，很難找出或發現此些異常行為。而借助于長時間的模式識別技術，便能及時且準確的找出此些攻擊。（3）以一種自動方式，完成日志分析規則的創建。針對那些已經完成構建或在航海安全中已經得到廣泛應用的日志分析規則，通過結合現實情況及需要，以一種恰當方式與模式識別相結合，能夠把所需要的一些新模式，不斷向分析規則進行轉換，能獲得更為精確的自動化日志分析策略。（4）從中發現正常的行為模式，比如基于當前的航海安全通訊日志，從中找尋出新的且更具價值性的網絡通訊關系，由航海人員以一種高效方式再次進行篩選與甄別，最終找出潛在的風險。（5）合理、準確保存歷史威脅模式。對于模式識別來考量，其可結合現實情況，借助信息系統，利用其所給出的具體的事件模式，開展全局性、有目的性的歸類。比如通過對模式識別進行合理化應用，圍繞系統，從中找出其所持有的異常行為模式，且對此系統上所存在的某個后門漏洞加以確認，此行為模式多由后門漏洞所致，那么可以把此異常行為模式予以保存，且加以標記。針對另外一個系統而言，如果其中也發現有此行為模式，那么便可以根據實際情況及需要，此系統有可能存在的相同的后門漏洞，對此，需及時進行查找與判斷，這對于航海人員而言，便會帶來比較嚴重的安全威脅。

2 航海安全識別的工作原理

比如某個模式識別實例，在對黃油進行采購的同時，還采購果醬與面包，吹此之外，餅干與牛奶也在本次采購之內，在整個采購過程中，面包+果醬共出現了3次，而牛奶+餅干出現了2次，黃油+果醬+面包出現了2次。由此可知，在具體的采購事務方面，共有3種模式。對于分析者而言，其會對此些模式進行推導，得出如下信息：（1）針對采購者來講，其更加傾向于對早餐食品的購買；（2）對于采購者而言，其更傾向于將餅干或烤面包作為早產的主要食物。其中，針對面包+果醬的組合而言，其在兩個模式中均有出現，可將其當作一個子模式。如圖1所示。

借助于此實例，便能對模式識別有一比較清晰且全面的認識，從模式當中可以行為的目的推導出來。而后續工作就是在航海安全日志中，準確、高效的識別模式。首先，將事件流作為基本對象，依據一定規則，將其進行細致劃分，使之成為各自獨立的事務，然后根據現實情況，圍繞多個事務當中所發生的事件，對其開展準確、全面且有目的性的識別與分組。針對此些事件而言，其便成為子集，且成為support level。對于后者來講而言，其數字越大，則證明其有著越加頻繁的事件模式。

3 模式識別在日志分析中的應用

在整個日志分析系統架構當中，通過根據實際需要，設置好所需要的日志過濾條件，也就是以防火墻為對象，就其允許時間進行設置，將其當做目的端口，目標設置為目的地址，源設置為源地址，模式最少出現2次，最短模式的長度是5，時間跨度為5min。基于上述配置可知，在5min內，由外部對內部進行訪問，針對目地址而言，其與訪問源相同，而且還根據實際需要，設置有諸多訪問端口。通過對此模式識別策略的有效應用，從中所發現的端口訪問模式，借助于點擊鉆取，可以對詳細的端口列表進行查看，并能獲得源和目的地址，除此之外，還能得到具體的訪問時間。針對航海安全管理人員而言，其借助于此類模式，對非法與合法的系統訪問進行甄別，以此來最大程度提高網絡航海運行安全，除此之外，還能提升數據的安全性。對于傳統的非法訪問來講，可以結合現實情況及相關需要，設計基本模式識別，即“慢速嘗試服務器用戶口令”。針對那些傳統暴力破解來考量，其多借助于工具來實現，而且還可以在比較短的時間內，完成快速登錄。

識別設置慢速嘗試服務器用戶口令模式，對于日志過濾條件來分析，其實際就是登錄失敗事件，針對“源端口”來講，從基礎層面來分析，其即為事件字段，而對于“源地址”而言，其就是源設置，另外，對于“目的地址”，其可以理解為目標設置，模式最少出現2次，最短模式長度是2，事件跨度為8h。比如1796、1792端口序列，如果“支持=4”，那么其意思就是錯誤登錄次數為4次，而如果“支持=2”，其所表示的是第二個4次，即經1792端口，共出現4次訪問記錄，而經1796端口，也出現4次訪問。經鉆取，用原始日志信息變可以將源與目的地址找出來，還能快速定位至終端位置。

4 結語

綜上，現階段，關于航海安全的日志分析經較為常見，也有把日志分析融入到大數據分析的實踐操作，但需要指出的是，諸多統計分析，仍然圍繞歷史日志來開展，而把模式識別應用到航海安全當中卻并不多見。航海安全的模式識別在我國航海安全領域得到廣泛應用，隨著其技術體制的日漸完善，其功能將會得到持續擴展，安全性及運維能力也會得到明顯提高，因而有著廣泛、高質量的應用價值。

參考文獻

[1]劉用功，陳丹涌.LMS算法在船舶航行危險評估中的應用[J].山東交通學院學報，2016， 24（2）：71-74.

[2]孫林華，付金沐.模式識別方法在奎河氮磷環境背景值研究中的應用[J].安全與環境學報，2014，14（5）：302-306.

[3]王廣偉，李強，徐海峰.遺傳算法在結構損傷模式識別中的應用[J].浙江海洋學院學報（自然科學版），2008，27（3）：335-339.

[4]尹建川，胡江強，何慶華.變結構徑向基函數網絡及其在混沌序列在線預測中的應用[J]. 模式識別與人工智能，2010，23（6）：000874-879.

[5]魏照坤，周康，魏明，等.基于AIS數據的船舶運動模式識別與應用[J].上海海事大學學報， 2016，37（2）：17-22.