基于無干擾理論的在線用戶行為可信性分析方法

董海燕 于楓 程 科 黃樹成

摘 要：針對在線應用中用戶行為可信性難監測、難評判的現狀和當前用戶行為可信性分析理論薄弱問題，提出一種基于無干擾理論的在線用戶行為可信性分析方法。首先，從執行單步行為的行為實體身份、狀態、環境三方面定義單步行為靜態可信性，給出靜態可信驗證策略;然后，從行為執行過程和結果兩個角度定義行為動態可信性，給出行為動態可信驗證策略;最后，基于單步行為構建用戶行為流程，提出基于可信擴展思想的用戶行為流程可信性判定定理，并應用無干擾理論進行定理證明。證明過程及結果驗證了所提方法的正確性和有效性。

關鍵詞： 用戶行為分析;可信性分析;無干擾理論;行為動態可信

中圖分類號：TP301.6

文獻標志碼：A

Abstract： Focusing on the difficulty in monitoring and judging the credibility of user behaviors in online applications and the problem of weak theorey of user behavior credibility analysis， a credibility analysis method of online user behavior was proposed based on non-interference theory. Firstly， the static credibility of single behavior was defined from three aspects — the behavioral entity identity， state and environment of the single behavior， and the static credibility verification strategy was given. Thereafter， dynamic behavioral credibility was defined from the perspectives of execution process and result， and dynamic credibility verification strategy was given. Finally， the user behavior process was constructed based on the single behavior， and the credibility determination theorem of user behavior process was proposed based on the idea of credibility extension， and the theorem was proved by using non-interference theory. The correctness and validity of the proposed method were verified by the provement process and result.

Key words：? user behavior analysis; credibility analysis; non-interference theory; behavioral dynamic credibility

0 引言

不斷豐富創新的遠程在線應用使得在線用戶獲得越來越多的資源共享和服務機會，但用戶行為是否可信也成為確保在線應用可信的一個前提條件。例如，在線考試應用中，一些用戶的不可信行為，如違規網絡訪問、執行違禁軟件、開啟通信進程傳遞消息等，很難被人工監測、捕捉和記錄，確保類似在線應用場景結果可信，需要基于科學、嚴謹的用戶行為可信分析技術，實現對用戶行為可信性的判定和證明。

用戶行為可信分析包括行為可信評估、可信控制和可信認證。文獻[1-2]首次系統定義了用戶行為可信與信任間的關系，提出了基于滑動窗口的用戶行為可信評估機制，建立了用戶行為可信評估研究的理論體系。文獻[3]整理了現有用戶行為序列數據格式和特征，從基于張量分解、貝葉斯模型、深度學習模型3個方面綜述用戶序列行為分析技術研究現狀。文獻[4]針對當前用戶行為特征提取過度依賴人工的問題，提出了一種行為特征自動提取和局部全細節行為畫像方法，基于隱馬爾可夫模型構建了一個基于行為畫像的內部威脅檢測框架，提高了行為檢測準確率。為評估云計算環境下用戶行為可信性，文獻[5]提出了一種基于模糊網絡法的行為可信量化評估方法;文獻[6]則結合用戶行為可信度量機制提出了一種基于模糊綜合策略的用戶行為評估方法。文獻[5-6]這類方法引入模糊度表示與模糊運算，雖然增強了方法靈活性和擴大了適用范圍，但模糊性在行為可信判定中容易使權重失真，會影響評估結果。

基于可信計算思想，文獻[7]提出一種基于可信密碼模塊的用戶行為度量方法，該方法為不同用戶創建行為控制鏈，完成指定用戶、指定進程對指定資源進行操作的細粒度可信度量，通過根據用戶對資源的行為分層動態訪問控制保障用戶行為可信。文獻[8]提出一種基于云模型與自適應熵權重相結合的用戶行為評估方法。文獻[9]提出一種基于物聯網用戶身份與行為結合的動態認證方法。雖然該方法僅針對物聯網用戶身份可信認證行為提出，但其形式化思想為用戶行為可信認證提供了有益的借鑒。文獻[10]針對不可信用戶入侵問題，結合用戶行為特征和貝葉斯網絡提出一種遙感云服務平臺用戶行為認證機制。文獻[11]提出一種行為特征提取及安全預警系統構建方法，可實現對用戶異常行為的感知與預警。文獻[7-11]的研究方法本質上屬于基于信任值/信譽計算的可信性分析技術。由于信任/信譽并非事物的客觀固有屬性，信任值或信譽值通常是由人主觀設定的，其傳播更新規則受人類主觀意愿和認識局限，因此，基于信任/信譽計算的可信性分析提供的是一種相對可信度的分析。

從信任鏈構建入手，探索如何將初始可信狀態經可信行為擴展構建起完整可信的用戶行為流程，這是行為可信性分析的另一種角度。文獻[12]提出了基于無干擾理論的信任鏈傳遞模型構建方法。文獻[13]應用無干擾理論，將云服務中域、動作、狀態、輸出等進行抽象，形式化定義了云服務的域可信，證明了用戶域行為可信定理。不同于文獻[13]研究用戶域行為可信判定問題，本文研究的是某個遠程在線用戶的具體操作行為及其結果的可信性。借鑒可信計算組織 （Trust Computing Group， TCG）“可信”概念定義思想，本文認為：若在線用戶的行為及其結果與預期相一致，則認為該用戶行為是可信的。基于無干擾理論的在線用戶行為可信性分析方法的研究工作的核心思想是通過保障用戶行為引起的信息流安全性來保障用戶行為可信，主要步驟包括：首先建立單步行為可信性驗證策略，保證單步用戶行為所涉及到的系統軟硬組件間信息流安全;然后定義可信擴展，證明從初始可信態出發，經可信擴展構成的用戶行為序列及結果與預期目標是一致的，即證明了用戶行為可信。

1 單步行為可信驗證策略在線用戶行為是指經身份認證可信的用戶在保持登錄狀態期間所完成的與系統軟硬件組件相關的任何動作。

1.1 單步行為

1.3 行為動態可信性判定策略

行為動態可信性包含行為執行過程可信及行為執行結果可信兩層內涵，行為執行過程可信是由執行該行為的行為實體運行可信來保障的，行為執行結果可信則以行為實體運行結果與預期的一致性來判斷。

3 結語

在線用戶行為可信是保障在線應用結果可信的前提條件，然而現有研究缺乏客觀嚴謹的可信性理論分析方法，針對這一問題，結合可信計算思想，本文提出一套基于無干擾理論的在線用戶行為可信性分析方法的判定理論，首先對用戶行為中所涉及到的實體可信性進行形式化建模，然后建立單步行為靜態可信驗證策略和動態可信驗證策略，基于可信擴展，證明由局部可信的實體行為經可信擴展構成的實體行為序列也是可信的，即整個用戶行為流程的可信。研究工作從理論上給出了用戶行為可信性分析的判定理論依據，為后續的工程實踐提供了理論支撐。

參考文獻（References）

[1] 林闖， 田立勤， 王元卓. 可信網絡中用戶行為可信的研究[J]. 計算機研究與發展， 2008， 45（12）： 2033-2043. （LIN C， TIAN L Q， WANG Y Z. Research on user behavior trust in trustworthy network[J]. Journal of Computer Research and Development， 2008， 45（12）： 2033-2043.）

[2] 田立勤. 網絡用戶行為的安全可信分析與控制[M]. 北京： 清華大學出版社， 2011： 8. （TIAN L Q. Security Trusted Analysis and Control of Network User Behavior[M]. BeiJing： Tsinghua University Press， 2011： 8.）

[3] 陳恩紅， 陳玉瑩， 潘鎮. 用戶序列行為分析研究與應用綜述[J]. 安徽大學學報（自然科學版）， 2018， 42（5）： 39-51. （CHEN E H， CHEN Y Y， PAN Z. A survey of research and application of users sequential behavior analysis[J]. Journal of Anhui University （Natural Science Edition）， 2018， 42（5）： 39-51.）

[4] 郭淵博， 劉春輝， 孔菁， 等. 內部威脅檢測中用戶行為模畫像方法研究[J]. 通信學報， 2018， 39（12）： 141-150。 （GUO Y B， LIU C H， KONG J， et al. Study on user behavior profiling in insider threat detection[J]. Journal on Communications， 2018， 39（12）： 141-150.）

[5] 呂艷霞， 田立勤， 孫珊珊. 云計算環境下基于FANP的用戶行為的可信評估與控制分析[J]. 計算機科學， 2013， 40（1）： 132-135， 138. （LYU Y X， TIAN L Q， SUN S S. Trust evaluation and control analysis of FANP-based user behavior in cloud computing environment[J]. Computer Science， 2013， 40（1）： 132-135， 138.）

[6] 張佳樂， 張秀芳， 張桂玲. 基于模糊綜合策略的用戶行為評估方法[J]. 計算機技術與發展， 2017， 27（5）： 138-143. （ZHANG J L， ZHANG X F， ZHANG G L. User behavior evaluation in trusted network based on fuzzy comprehensive strategy[J]. Computer Technology and Development， 2017， 27（5）： 138-143.）

[7] 胡計鵬， 譚勵， 楊明華， 等. 一種基于可信密碼模塊的用戶行為度量方法[J]. 計算機工程， 2017， 43（5）： 121-128. （HU J P， TAN L， YANG M H， et al. A user behavior measurement method based on trusted cryptography module[J]. Computer Engineering， 2017， 43（5）： 121-128.）

[8] YANG M， ZHANG S， ZHANG H， et al. A new behavior evaluation method in online social network[J]. Journal of Information Security and Applications， 2019， 47： 217-222.

[9] 王曉菊， 田立勤， 趙竟雄. 基于物聯網的用戶行為認證機制與分析[J]. 南京理工大學學報， 2015， 39（1）： 70-77. （WANG X J， TIAN L Q， ZHAO J X. User behavioral authentication mechanism and analysis based on IoT[J]. Journal of Nanjing University of Science and Technology， 2015， 39（1）： 70-77.）

[10] 成路肖， 閻繼寧， 焦陽， 等. 基于貝葉斯網絡的遙感云用戶行為認證方法[J]. 計算機應用研究， 2019， 36（2）： 441-445. （CHENG L X， YUAN J N， JIAO Y， et al. Bayesian network method for remote sensing cloud user behavior authentication[J]. Application Research of Computers， 2019， 36（2）： 441-445.）

[11] 雷璟. 用戶行為特征提取及安全預警建模技術[J]. 中國電子科學研究院學報， 2019， 14（4）： 368-372. （LEI J. User behavior feature selection and security early warning and modeling technology[J]. Journal of China Academy of Electronics and Information Technology， 2019， 14（4）： 368-372.）

[12] 陳亮， 曾榮仁， 李峰， 等. 基于無干擾理論的信任鏈傳遞模型[J]. 計算機科學， 2016， 43（10）： 141-144， 181. （CHEN L， ZENG R R， LI F， et al. Trust chain transfer model based on non-interference theory[J]. Computer Science， 2016， 43（10）： 141-144， 181.）

[13] 謝洪安， 劉大福， 蘇旸， 等. 基于無干擾理論的云服務行為可信模型[J]. 計算機應用， 2016， 36（10）： 2728-2732. （XIE H A， LIU D F， SU Y， et al. Cloud service behavior trust model based on non-interference theory [J]. Journal of Computer Applications， 2016， 36（10）： 2728-2732.）