基于貝葉斯網(wǎng)絡的電子閱讀App軟件動態(tài)檢測技術

張旭華， 任蔚， 李欣

(陜西能源職業(yè)技術學院， 1.信息中心, 2.教務處， 陜西， 咸陽 712000)

0 引言

移動互聯(lián)網(wǎng)技術的飛速普及使得各種App軟件的智能終端因其良好的用戶體驗為人類的生活帶來諸多便捷，同時也得到十分廣泛的應用，成為了人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢苫蛉钡牟糠諿1-2]。人們漸漸地關注軟件的準確性、可信度以及安全系數(shù)等因素。因此，軟件在運行過程中，如何精準地、可靠地以及快速地滿足人們的需求成為目前軟件研發(fā)的熱點話題[3]。但目前，電子閱讀App軟件存在設計和內(nèi)容同質(zhì)化嚴重、“淺閱讀”、用戶黏度不足等問題。國內(nèi)外相關專家針對該方面的內(nèi)容展開了大量的研究，例如馬紹菊等[4]分別計算惡意應用樣本和良性應用樣本權(quán)限關聯(lián)規(guī)則，對比2種樣本獲取的用戶權(quán)限差異，通過惡意樣本獲取的點關聯(lián)規(guī)則對混合樣本進行檢測。Laprevotte等[5]主要通過一種加密的機器人測功儀對隱私信息進行加密，在確保應用程序運輸實時性的情況下隱私數(shù)據(jù)不會被惡意傳送，進而達到全自動分析檢測的目的。以上2種方法雖然能夠有效防止隱私數(shù)據(jù)被泄露，但是由于未能進行電子閱讀App軟件動態(tài)特征提取，整體的檢測結(jié)果不佳，開發(fā)效率下降。為此，提出一種基于貝葉斯網(wǎng)絡的電子閱讀App軟件動態(tài)檢測方法。對電子閱讀App軟件動態(tài)特征進行提取，并利用動態(tài)特征提取將局部的主體信息的擬合程度進行體現(xiàn)，提高整體檢測結(jié)果，增加開發(fā)效率。仿真實驗結(jié)果表明，所提方法能夠有效增加開發(fā)效率，獲取較好的檢測結(jié)果。

1 方法

1.1 電子閱讀App軟件特征提取

相似度的主要作用是將局部的主體信息的擬合程度進行體現(xiàn)[6-7]。相似度主要用來判斷2個數(shù)據(jù)樣本之間的差異程度，相關系數(shù)記為ρXY：

(1)

式中，D(X)代表隨機變量X的方差，D(Y)代表隨機變量Y的方差，Cov(X,Y)代表隨機變量X、隨機變量Y的協(xié)方差。假設ρXY=0，則稱X和Y不相關，否則相關；假設ρXY>0，則稱X和Y負相關。其中，ρXY越大，則說明變量的相似度越高。

根據(jù)樸素貝葉斯分類的基本思想[8]和貝葉斯公式，設定A1,A2,…,An是一組不相容的事件，而且事件B能且只能夠和其中一個事件同時發(fā)生，則式(2)成立：

(2)

假設樣本集含有n個屬性，即A1,A2,…,An屬性值組成樣本的特征向量，可能包含的類別有m個，具體為{x1,x2,…,xn}，計算X分別屬于各個類別的概率為P(Ci|X)，則有：

(3)

由于對全部Ci，P(X)均一致，所以只需要對比部分P(Ci|X)P(Ci)即可。其中P(Ci)能夠通過訓練集獲取，該訓練集類別即Ci所占據(jù)的比例。在屬性獨立的狀態(tài)下，則式(4)成立：

(4)

其中，P(xj|Ci)也是通過訓練集獲取的。假設Aj是分類屬性，P(xj|Ci)和Aj兩者是相等的，并且等同于xj的比例，則式(5)成立：

(5)

由于和P(X)均相等，則通過式(6)進行對比，即：

(6)

在樸素貝葉斯網(wǎng)絡對應結(jié)構(gòu)中，僅有一個類節(jié)點。其中節(jié)點代表各個分類的不同屬性，屬性節(jié)點中僅包含一個父節(jié)點，即類節(jié)點，且各個屬性節(jié)點之間是相互獨立的[9]。利用圖1給出樸素貝葉斯分類結(jié)構(gòu)圖。

圖1 樸素貝葉斯分類結(jié)構(gòu)

由圖1可知，貝葉斯網(wǎng)絡主要通過有向邊描述不同節(jié)點之間的概率依賴關系，計算各個節(jié)點的后驗概率，同時更新先驗概率。在上述分析的基礎上，引入相似度概念，利用相似度判斷數(shù)據(jù)樣本間的差異程度[10]，并依據(jù)貝葉斯分類劃分屬性值組成樣本的特征向量，通過訓練集獲取分類屬性，提取電子閱讀App軟件動態(tài)關鍵特征，以上操作不僅能夠提取準確的特征，同時還能夠提升計算效率，即：

(7)

1.2 基于貝葉斯網(wǎng)絡的電子閱讀App軟件動態(tài)檢測

在1.1小節(jié)的基礎上，將支持向量機以及貝葉斯網(wǎng)絡等方法相結(jié)合組建電子閱讀App軟件動態(tài)初始檢測機制，具體的操作流程如下所示。

采用SVM進行電子閱讀App軟件動態(tài)檢測的主要操作步驟如下。

(1)首先將得到的電子閱讀App軟件應用程序代碼和惡意代碼入庫，在電子閱讀App軟件特征中提取特征規(guī)則化，組建特征矩陣。

(2)采用SVM算法組建超分類平面，對電子閱讀App軟件動態(tài)訓練庫中的惡意樣本進行提取[11-12]。

(3)對測試樣本庫進行SVM超平面劃分。

其中，基于貝葉斯網(wǎng)絡的電子閱讀App軟件動態(tài)檢測步驟如下所示。

(1)通過關聯(lián)規(guī)則算法挖掘電子閱讀App軟件中各個行為特征之間的關聯(lián)關系，將在電子閱讀App軟件中挖掘出的關聯(lián)關系作為基礎[13]，組建貝葉斯網(wǎng)絡的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)。

(2)通過局部優(yōu)先策略對步驟(1)中建立的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)進行學習[14-15]，具體的計算式為

MDL(G|D)=

(8)

式中，b和n分別代表不同的常數(shù)，kj代表Xi節(jié)點中對應的父節(jié)點數(shù)量，si代表Xi的特征數(shù)量，sj代表Xi的取值數(shù)量，N代表特征系數(shù)，W代表分類參數(shù)，F(xiàn)Xi代表關聯(lián)規(guī)則函數(shù)。

(3)針對貝葉斯網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)中各個節(jié)點的參數(shù)進行學習。

在迭代訓練階段，將在電子閱讀App軟件提取出的節(jié)點特征與數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進行匹配，利用特征動態(tài)匹配對比結(jié)果得出相應的程序隱私分數(shù)，進而得出軟件風險檢測報告。通過特征比對的結(jié)果，利用神經(jīng)網(wǎng)絡技術對初級檢測機制中各個決策權(quán)重進行修正，并對應用與類的相似性進行加權(quán)處理，有效增強其檢測能力，具體如下所示。

神經(jīng)網(wǎng)絡的主要優(yōu)勢是在較大的范圍內(nèi)輸入值擠壓到(0,1)連續(xù)的輸出空間，具體計算式為

(9)

隱層到輸出層的連接權(quán)重為Whj，代表多未知因素對檢測結(jié)果的影響程度，采用梯度下降策略對Whj進行更新，根據(jù)目標的負梯度方向及時進行參數(shù)調(diào)整。如果已知學習率η，則Whj能夠表示為

(10)

其中，Ek代表負梯度系數(shù)，輸出層神經(jīng)元的梯度項gj和隱層神經(jīng)元的梯度項eh能夠表示為以下的形式：

(11)

(12)

其中，βj代表輸出層神經(jīng)元的目標參數(shù)，θj代表隱層神經(jīng)元的目標參數(shù)，αh、bh代表輸出層和隱層的決策權(quán)重，γh代表初級檢測參數(shù)，對初級檢測機制對應的決策權(quán)重進行校正，完成電子閱讀App軟件動態(tài)檢測。pstr代表初級檢測機制的修正參數(shù)，該過程主要通過電子閱讀App軟件調(diào)用相關技術獲取動態(tài)檢測信息，提取檢測特征，即：

(13)

2 仿真實驗

為了驗證所提基于貝葉斯網(wǎng)絡的電子閱讀App軟件動態(tài)檢測方法的有效性，在Windows 10操作系統(tǒng)，Intel(R) Core(TM)2Duo CPU 2環(huán)境下進行仿真實驗測試。

實驗選擇3種檢測方法針對不同的電子閱讀App軟件動態(tài)的識別能力，主要包括檢測率、誤報率以及漏報率。在實驗中選取3 000個樣本進行測試，其中正常 App軟件有1 500個，惡意App軟件1 500個。將實驗樣本輸入到實驗環(huán)境中，利用 Eclipse 檢測技術進行后臺檢測，最終輸出檢測報告。具體實驗對比結(jié)果如表1～表3所示。

表1 檢測率

表2 誤報率

表3 漏報率

分析表1～表3中的實驗數(shù)據(jù)可知，選取3種檢測方法進行電子閱讀App軟件動態(tài)檢測存在一定的差異性，文獻[4]方法和文獻[5]方法檢測率最高為95.6%、93.8%，本文方法為98.6%，文獻[4]方法和文獻[5]方法誤報率最低為0.05%、0.08%，本文方法為0.02%，文獻[4]方法和文獻[5]方法漏報率最低為0.03%、0.07%，本文方法為0.01%，由此能夠看出，借助貝葉斯網(wǎng)絡理論，所提方法的檢測結(jié)果明顯更好一些。

為了驗證貝葉斯網(wǎng)絡的收斂性，主要通過降低數(shù)據(jù)維度之間的關聯(lián)性來減少計算復雜度，同時盡可能確保精度處于穩(wěn)定的狀態(tài)。為了更好地驗證這一點，將開發(fā)效率作為測試指標，具體實驗結(jié)果如圖2所示。

圖2 開發(fā)效率

分析圖2中的實驗數(shù)據(jù)可知，所提方法明顯擁有更高的開發(fā)效率，其開發(fā)效率均在90%以上，主要是因為其采用貝葉斯網(wǎng)絡進行電子閱讀App軟件特征提取，為提升整個方法的開發(fā)效率奠定堅持的基礎。

3 總結(jié)

針對傳統(tǒng)檢測方法存在的一系列問題，設計并提出一種基于貝葉斯網(wǎng)絡的電子閱讀App軟件動態(tài)檢測方法。測試結(jié)果表明，所提方法能夠獲取較為理想的檢測結(jié)果，有效降低開發(fā)效率。現(xiàn)階段，所提方法存在不足之處，后續(xù)將對其進行全面完善。