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

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)是一種具有樹狀階層結(jié)構(gòu)的人工型神經(jīng)應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)，在實際執(zhí)行環(huán)境中，可按照節(jié)點連接順序?qū)斎胄畔⑦M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)體同時保持權(quán)重共享與拓撲結(jié)構(gòu)可變的應(yīng)用能力，可同時面對多種較為復(fù)雜的機器學(xué)習(xí)任務(wù)，在自然語言處理方面具有較強的實用性價值[1-2]。由于階層分布原則的存在，高階層節(jié)點只能被定義為父節(jié)點，而低階層節(jié)點只能被定義為子節(jié)點，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，在實際選擇時，遵循樣本空間盡可能大、數(shù)據(jù)類型盡可能多的原則[3]。隨著待處理訓(xùn)練數(shù)據(jù)總量的增大，信息傳輸安全性會出現(xiàn)明顯下降的變化趨勢。為避免上述情況的發(fā)生，傳統(tǒng)進程監(jiān)控型編碼系統(tǒng)利用非可變譯碼腳本對訓(xùn)練數(shù)據(jù)樣本進行處理，再利用傳輸密鑰控制信息的實際傳輸速率。但此方法所需的譯碼等待時間相對較長，很難完全滿足信息應(yīng)用文件的及時性編碼需求。為解決此問題，設(shè)計基于遞歸神經(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，實現(xiàn)對訓(xùn)練數(shù)據(jù)樣本的及時處理。

1 密碼生成系統(tǒng)的硬件設(shè)計

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、數(shù)據(jù)遞歸結(jié)點、神經(jīng)性應(yīng)用節(jié)點、源碼輸出節(jié)點4 部分共同組成。其中，輸入頭結(jié)點負責整合運用傳輸?shù)脑加?xùn)練數(shù)據(jù)，并將其按需分配至各級網(wǎng)絡(luò)設(shè)備元件之中。數(shù)據(jù)遞歸結(jié)點可在接收數(shù)據(jù)信息參量的同時，建立與神經(jīng)性應(yīng)用節(jié)點的信號傳輸關(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]。在此過程中，源碼輸出節(jié)點始終保持相對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，并將其分別轉(zhuǎn)存至不同的數(shù)據(jù)遞歸節(jié)點中。

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，遞歸信號的連接狀態(tài)也會由面型轉(zhuǎn)變?yōu)榫€型，且在遞歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中，該類型結(jié)構(gòu)元件中的數(shù)據(jù)傳輸行為不會隨樣本軌跡的延長而出現(xiàn)發(fā)散性行為狀態(tài)[6-7]。由于網(wǎng)絡(luò)促進作用的影響，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)框架可直接對該原件中的信息傳輸行為進行控制，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、緩存數(shù)據(jù)處理等多個應(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，可在緩沖讀寫指令的作用下，實現(xiàn)對原始訓(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于系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫單元之中[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)體中的信息存儲權(quán)限值，從而使模塊的實際執(zhí)行需求得到滿足。

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

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。

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，必須完全依賴該信息參量的實際存在形式[10-11]。在遞歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中，原始訓(xùn)練數(shù)據(jù)樣本的實際存儲值越大，最終解碼生成的信息參量樣本數(shù)量級水平也就越高，且在既定編碼時間內(nèi)，相關(guān)譯碼參量的指標數(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間內(nèi)的實值變化量，一般情況下，若編碼指令的傳輸消耗時長不發(fā)生改變，則該項物理量的數(shù)值水平也會始終保持穩(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)的初級防泄漏編碼條件，r2代表原始訓(xùn)練數(shù)據(jù)的引申級防泄漏編碼條件，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)計的末尾處理環(huán)節(jié)，可在已知數(shù)據(jù)信息存儲樣本條件的情況下，確定譯碼指令生成所需的實際消耗時長，從而抑制非主觀訓(xùn)練數(shù)據(jù)信息的錯誤傳輸行為[15-16]。將第一個原始訓(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對原始訓(xùn)練數(shù)據(jù)傳輸行為的影響，則可認為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)錄實值。至此，完成各項軟硬件執(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)用能力測試

為驗證基于遞歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)原始訓(xùn)練數(shù)據(jù)防泄漏密碼生成系統(tǒng)的實際應(yīng)用價值，設(shè)計如下對比實驗。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)，分別將實驗組、對照組編碼主機接入終端服務(wù)器設(shè)備之中，其中實驗組主機搭載基于遞歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)原始訓(xùn)練數(shù)據(jù)防泄漏密碼生成系統(tǒng)，對照組主機搭載傳統(tǒng)進程監(jiān)控型編碼系統(tǒng)，在確保其他實驗環(huán)境保持不變的情況下，分析相關(guān)實驗指標的數(shù)值變化情況。

圖3 數(shù)據(jù)防泄漏密碼生成原理

以20 min 作為一個單位時長，分別記錄在3 個單位時長內(nèi)，實驗組、對照組系統(tǒng)可同時處理原始訓(xùn)練數(shù)據(jù)總量的具體數(shù)值變化趨勢，實驗詳情如表1所示。

表1 單位時間內(nèi)的原始訓(xùn)練數(shù)據(jù)處理量

分析表1 可知，實驗組原始訓(xùn)練數(shù)據(jù)處理量在每一個單位時長內(nèi)均呈現(xiàn)不斷上升的變化趨勢，但在相鄰兩個單位時長內(nèi)，卻呈現(xiàn)小幅下降的變化狀態(tài)。對照組原始訓(xùn)練數(shù)據(jù)處理量在實驗前期一直不斷上升，從第2 個單位時長開始，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)計系統(tǒng)單位時間內(nèi)的原始訓(xùn)練數(shù)據(jù)處理量水平明顯增大，符合加強原始訓(xùn)練數(shù)據(jù)傳輸安全性的實際應(yīng)用需求。

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

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

表2 系統(tǒng)譯碼等待時間對比表

4 結(jié)束語

從實用性角度來看，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)信息譯碼等待時間的同時，擴充單位時間內(nèi)的信息數(shù)據(jù)處理量[19]，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)對信息應(yīng)用文件的及時性編碼，也可大幅加強原始訓(xùn)練數(shù)據(jù)的傳輸安全性。