陶曉玲， 周理勝， 龔昱鳴

(1.桂林電子科技大學(xué) 廣西高校云計(jì)算與復(fù)雜系統(tǒng)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣西 桂林 541004；2.桂林電子科技大學(xué) 計(jì)算機(jī)與信息安全學(xué)院，廣西 桂林 541004;3.桂林電子科技大學(xué) 信息與通信學(xué)院，廣西 桂林 541004)

隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速發(fā)展，安全問(wèn)題也越來(lái)越突出。通常，網(wǎng)絡(luò)管理員采用多個(gè)網(wǎng)絡(luò)安全設(shè)備同時(shí)上線工作，以應(yīng)對(duì)多樣化的黑客入侵。然而，由于各個(gè)網(wǎng)絡(luò)安全設(shè)備工作時(shí)大多處于獨(dú)立狀態(tài)，很容易導(dǎo)致同一個(gè)攻擊事件產(chǎn)生大量的冗余報(bào)警現(xiàn)象。報(bào)警數(shù)據(jù)聚合是解決網(wǎng)絡(luò)入侵檢測(cè)系統(tǒng)產(chǎn)生大量重復(fù)報(bào)警數(shù)據(jù)的重要手段，旨在將同一安全事件誘發(fā)的大量性質(zhì)相同或相近的報(bào)警合并成一個(gè)報(bào)警(超報(bào)警)[1]，能減少報(bào)警數(shù)據(jù)冗余，降低系統(tǒng)誤報(bào)率，提高檢測(cè)率，從而有利于網(wǎng)絡(luò)管理員及時(shí)地掌握網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行狀態(tài)，也便于后續(xù)的報(bào)警數(shù)據(jù)融合和關(guān)聯(lián)分析。通過(guò)改進(jìn)入侵檢測(cè)系統(tǒng)報(bào)警數(shù)據(jù)的讀取方式及處理方法，以提高報(bào)警數(shù)據(jù)聚合方法的檢測(cè)性能。

Ahmed等[2]從各個(gè)不同學(xué)科對(duì)報(bào)警聚合技術(shù)做了全面的綜述，將其分為基于統(tǒng)計(jì)數(shù)學(xué)的聚合技術(shù)[3]、基于知識(shí)推理的聚合技術(shù)[4]、基于數(shù)據(jù)挖掘的聚合技術(shù)[5]和基于哈希函數(shù)的聚合技術(shù)[6]，同時(shí)，分別闡述了各類報(bào)警聚合技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)，總結(jié)出近年來(lái)在聚類和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法方面的研究趨勢(shì)。Elshoush等[7]指出，基于屬性相似度的聚合方法存在不足之處是報(bào)警中的時(shí)間戳和IP地址等屬性在聚合中具有特殊作用，將其代入運(yùn)算在一定程度上缺乏合理性。馮學(xué)偉等[8]通過(guò)報(bào)警數(shù)據(jù)的源/目的IP地址之間的相互關(guān)聯(lián)關(guān)系在各簇內(nèi)部進(jìn)行報(bào)警聚合，但此方法存在一定缺陷，不適用于處理DDOS等完整攻擊場(chǎng)景。Ghasemigol等[9]指出時(shí)間屬性窗口設(shè)置過(guò)大或過(guò)小都會(huì)影響報(bào)警聚合的有效性。針對(duì)此問(wèn)題，邱輝等[10]將流式處理方法引入滑動(dòng)時(shí)間窗口，從而達(dá)到報(bào)警數(shù)據(jù)聚合的目的，但該方法的不足在于當(dāng)前窗口和滑動(dòng)窗口的大小仍需主觀確定。Fatma等[5]提到在第二階段使用帶有k-means的SOM算法并不是非常有效，因?yàn)楣芾韱T需要手動(dòng)檢驗(yàn)2個(gè)屬性來(lái)確定哪個(gè)簇包含真正的報(bào)警頻率和時(shí)間間隔的報(bào)警數(shù)據(jù)。Thang等[11]基于密度的方法，將報(bào)警集合的高密度區(qū)域劃分為一個(gè)類，能夠發(fā)現(xiàn)任意形狀的類，且聚類精度較高，但對(duì)輸入?yún)?shù)敏感。Banumohamed等[6]從報(bào)警數(shù)據(jù)中提取3個(gè)屬性，并將這些屬性結(jié)合MD5散列函數(shù)生成用于初始聚類過(guò)程的唯一哈希值，但這種技術(shù)是基于字符串散列值的比較而不是直接的字符比較，通常需要對(duì)文本進(jìn)行預(yù)處理。Saad等[12]為不同的攻擊類型設(shè)置不同的閾值，采用順序聚類的方法，將相似度高于閾值的報(bào)警進(jìn)行合并，操作簡(jiǎn)單，適用范圍廣，但具有較強(qiáng)的次序依賴性和缺乏靈活性。

綜上所述，目前的報(bào)警數(shù)據(jù)聚合方法在讀取數(shù)據(jù)時(shí)均采用順序讀取方式，處理方法單一，缺乏靈活性，從而影響聚合效果。為此，提出角標(biāo)隨機(jī)讀取來(lái)實(shí)現(xiàn)Snort報(bào)警數(shù)據(jù)聚合。

1 Snort報(bào)警數(shù)據(jù)聚合方法

1.1 報(bào)警數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化

不同的IDS系統(tǒng)產(chǎn)生的報(bào)警數(shù)據(jù)格式不同，若直接聚合分析，將造成很大不便?；诖耍仨殞?duì)報(bào)警數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)化，方便后續(xù)的聚合處理。借鑒國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)入侵檢測(cè)消息交換格式IDMEF(intrusion detection message exchange format)來(lái)規(guī)范IDS入侵檢測(cè)報(bào)警格式。目前大多數(shù)的安全檢測(cè)系統(tǒng)都支持IDMEF格式報(bào)警的輸出。一個(gè)Snort報(bào)警數(shù)據(jù)包括規(guī)則號(hào)、規(guī)則名稱、優(yōu)先級(jí)別、時(shí)間戳、原始IP、目的IP、協(xié)議類型、源端口、目的端口、報(bào)警類別等10種屬性構(gòu)成的10元組，形式化Alert={signature,sig_name,sig_priority,timestamp,ip_src,ip_dst,ip_proto,layer4_sport,layer4_dport,sig_class_id}，本研究以每個(gè)報(bào)警數(shù)據(jù)包代表每條報(bào)警數(shù)據(jù)，其每個(gè)屬性的含義如表1所示。

表1 報(bào)警數(shù)據(jù)屬性含義

1.2 報(bào)警數(shù)據(jù)預(yù)處理

報(bào)警數(shù)據(jù)的預(yù)處理從傳感器采集到的原始報(bào)警數(shù)據(jù)出發(fā)，采用數(shù)據(jù)清理、屬性選擇和數(shù)據(jù)過(guò)濾等方法來(lái)初步消除原始報(bào)警數(shù)據(jù)本身的缺陷，從中抽取能夠用于聚合的主要屬性并存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中，最后通過(guò)設(shè)置計(jì)數(shù)迭代式固定時(shí)間閾值過(guò)濾的方法，減少重復(fù)報(bào)警數(shù)據(jù)的數(shù)量。其中，重復(fù)報(bào)警數(shù)據(jù)是每2條報(bào)警數(shù)據(jù)間除了時(shí)間屬性之外其他屬性內(nèi)容均相同的報(bào)警數(shù)據(jù)，其參數(shù)符號(hào)說(shuō)明如表2所示。

表2 參數(shù)符號(hào)說(shuō)明表

以下給出了計(jì)數(shù)迭代式固定時(shí)間閾值預(yù)處理方法的具體偽代碼。

algorithm：SnortAlertProcessingByFilter(A,time,count,timeDiff,N)

Input:alert set in uniform formatA={n∈N,a1,a2,…,an};

Output:AlertByFilterB={n∈N,b1,b2,…,bn};

1. Begin

2. for (n=0;j

3. time=0

4. ifA=φthen

5. break

6. else

7. while new two alertai,ai+1is received do

8. if(timeDiff(ai,ai+1)<60) andai_attributes=ai+1_attributesthen

9. delete(ai+1)

10. B.add(ai)

11. count=count +1

12. else

13. B.add(ai), B.add(ai+1)

14. time ++

15. if (time=1)

16. then FileReader(“AlertByFilter.txt”)

17. else FileReader(“AlertByFilter”+(time-1)+”.txt”)

18. end

由偽代碼可知，計(jì)數(shù)迭代式固定時(shí)間閾值預(yù)處理過(guò)程分為4個(gè)階段：1)對(duì)需預(yù)處理的Snort報(bào)警數(shù)據(jù)進(jìn)行集合封裝(表3的Input部分)。

2)從本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)的相關(guān)Snort表進(jìn)行join操作,生成所需的報(bào)警數(shù)據(jù)表，同時(shí)，對(duì)整個(gè)Snort報(bào)警數(shù)據(jù)文本進(jìn)行每2條順序讀取加載，若讀取到最后一行，則直接跳出循環(huán)，否則一一加載到集合(偽代碼的第1～6行)。

3)將報(bào)警數(shù)據(jù)記錄按照指定的時(shí)間屬性升序排序，在排序后的數(shù)據(jù)集上移動(dòng)一個(gè)60 s的固定大小時(shí)間窗口，每次只檢測(cè)timeDiff小于窗口內(nèi)的報(bào)警數(shù)據(jù)。判定它們是否匹配，以此來(lái)逐步減少比較次數(shù)，從而達(dá)到初步預(yù)處理過(guò)濾的目的(偽代碼的第7～13行)。

4)以計(jì)數(shù)迭代不斷循環(huán)比較出最精簡(jiǎn)記錄的方式，使得重復(fù)率達(dá)到最低(偽代碼的第14～17行)。

1.3 角標(biāo)隨機(jī)讀取算法設(shè)計(jì)

角標(biāo)隨機(jī)讀取方法用于將精簡(jiǎn)后的中間Snort報(bào)警數(shù)據(jù)以隨機(jī)生成角標(biāo)的方式達(dá)到每條報(bào)警數(shù)據(jù)隨機(jī)打散排列的目的。算法用到的相關(guān)參數(shù)符號(hào)如表3所示。

表3 角標(biāo)隨機(jī)讀取算法參數(shù)符號(hào)說(shuō)明表

以下給出了角標(biāo)隨機(jī)讀取方法的具體偽代碼。

algorithm：CMRR(B,Q,M,I,N,R)

Input:AlertProcessingByFilterB={n∈N|b1,b2,…,bn};

Output:AlertByCMRRC={n∈N|c1,c2,…,cn};

1. Begin

2. forn=0 toN-1

3. ifB=φthen

4. break

5. else

6. Collections.sort(B(Snort),newComparator()

7. Public int compare(Snort s1,Snort s2)

8. return s1.getTimeStamp().compareTo(s2.getTimeStamp())

9.Q(B(Snort))=getSnortsWithMonth(B(Snort))

10. fori=0 toQ.size

11.I(i)=getRandomIndex(Q[i])

12.M(i)=getRandomSnortsByMonth(I(i))

13.R.add(M(j))

14. returnR(Snort)

15. End

由偽代碼可知，基于角標(biāo)隨機(jī)讀取方法的過(guò)程分為3個(gè)階段:

1) 對(duì)精簡(jiǎn)后的Snort報(bào)警數(shù)據(jù)進(jìn)行集合封裝(偽代碼Input部分)。

2) 對(duì)整個(gè)Snort報(bào)警數(shù)據(jù)文本進(jìn)行逐條順序讀取加載，若讀取到最后一行，則直接跳出循環(huán)，否則一一將加載到集合(偽代碼的第1～5行)。

3) 對(duì)數(shù)據(jù)按照時(shí)間屬性進(jìn)行升序排序和分月份劃段處理，再對(duì)每個(gè)月內(nèi)的數(shù)據(jù)進(jìn)行隨機(jī)打散排列。

其中，先將每個(gè)月內(nèi)隨機(jī)打散后的中間報(bào)警數(shù)據(jù)用M集合存儲(chǔ)，再統(tǒng)一用R集合重新存儲(chǔ)，得到最后的報(bào)警數(shù)據(jù)(偽代碼的第6～14行)。其中，每遍歷一次，取2條報(bào)警數(shù)據(jù)所在行號(hào)，得到生成的隨機(jī)數(shù)與角標(biāo)標(biāo)記區(qū)進(jìn)行比較，若第一次出現(xiàn)，則將其存入并退出當(dāng)層循壞，否則重新生成隨機(jī)數(shù)取值再進(jìn)行比較。

1.4 屬性相似度的計(jì)算

報(bào)警數(shù)據(jù)相似度計(jì)算是一種基于各屬性之間幾何距離的簡(jiǎn)單數(shù)值運(yùn)算，是數(shù)據(jù)聚合的基礎(chǔ)。報(bào)警數(shù)據(jù)聚合方法的目標(biāo)是對(duì)初級(jí)報(bào)警進(jìn)行數(shù)據(jù)聚合，找到它們之間的關(guān)聯(lián)性，從而生成高級(jí)報(bào)警，消除重復(fù)報(bào)警。

給出各個(gè)Snort報(bào)警數(shù)據(jù)屬性特征的相似度計(jì)算函數(shù)。

1) 報(bào)警標(biāo)識(shí)相似度的計(jì)算。signature，sig_priority，ip_proto，lay4_sport，lay4_dport若相同，則相似度設(shè)為0，若不相同，則相似度為1。

2) 報(bào)警名稱相似度的計(jì)算。sig_name對(duì)應(yīng)于每條報(bào)警規(guī)則語(yǔ)句里的Msg，如將從每條報(bào)警數(shù)據(jù)該屬性對(duì)應(yīng)的字符串Snort Alert[1∶2 000 419∶0]值中提取2 000 419，考慮自身數(shù)據(jù)特點(diǎn)，得知介于區(qū)間[2 000 334，2 221 030]和[2 400 001，2 522 312]，基于此，結(jié)合Tableau工具，統(tǒng)計(jì)此屬性的特點(diǎn)，計(jì)算出相似度值，其計(jì)算公式設(shè)置為

Simname(Alerti,Alertj)=

(1)

其中：Simname(Alerti,Alertj)是報(bào)警數(shù)據(jù)的名稱相似度值；Alerti和Alertj分別表示第i條和第j條報(bào)警數(shù)據(jù)；Alert.signame是報(bào)警數(shù)據(jù)的名稱屬性。

3) 報(bào)警時(shí)間戳相似度的計(jì)算。在報(bào)警聚合中報(bào)警時(shí)間是很重要的一個(gè)因素，對(duì)計(jì)算全局相似度的時(shí)候具有重要的影響。將時(shí)間間隔Tinternal與預(yù)設(shè)的最小閾值tmin及最大閾值tmax進(jìn)行比較，當(dāng)時(shí)間間隔小于tmin，則相似度為0，大于tmax，則相似度為1，若在tmin和tmax之間，則由公式計(jì)算得到。tmin和tmax的選取，不同參考文獻(xiàn)給出不同的數(shù)值。參考Long等[13]，給出tmax-tmin=300 s及實(shí)際情況將閾值計(jì)算公式為

Simtimestamp(Alerti,Alertj)=

(2)

其中：Simtimestamp(Alerti,Alertj)是報(bào)警數(shù)據(jù)時(shí)間戳的相似度值；Alerti和Alertj分別表示第i條和第j條報(bào)警數(shù)據(jù)；Alert.signame是報(bào)警數(shù)據(jù)的名稱屬性。

4) IP地址相似度的計(jì)算。對(duì)于IP地址的比較，采用無(wú)類別域間路由的格式進(jìn)行分析，將每2條報(bào)警數(shù)據(jù)相同的二進(jìn)制位個(gè)數(shù)r除以IP地址二進(jìn)制位長(zhǎng)度的值作為2個(gè)IP地址的相似度[14]，其計(jì)算公式設(shè)置為

(3)

其中：Simip(Alerti,Alertj)是報(bào)警數(shù)據(jù)的IP相似度值；Alerti和Alertj分別表示第i條和第j條報(bào)警數(shù)據(jù)。

1.5 屬性權(quán)重的確定

通常對(duì)于報(bào)警數(shù)據(jù)屬性權(quán)重的確定計(jì)算方法，一般來(lái)說(shuō)有2大類：一類是人為的主觀判斷對(duì)不同屬性打分，比如基于一些專家的結(jié)論來(lái)進(jìn)行打分，根據(jù)層次不同來(lái)進(jìn)行分析、認(rèn)為經(jīng)驗(yàn)來(lái)進(jìn)行判斷等；另一類是客觀方法，如熵權(quán)計(jì)算方法、主成分分析方法等。因在評(píng)標(biāo)過(guò)程中，不同屬性的權(quán)重對(duì)被評(píng)價(jià)對(duì)象的不同得分影響非常大，因此需要盡可能客觀去評(píng)價(jià)和打分，所以，通過(guò)客觀計(jì)算法計(jì)算屬性的權(quán)重是優(yōu)先考慮的。同時(shí)，考慮到一般采用PCA需要數(shù)據(jù)比較，難獲取且存在相關(guān)及多重共線性問(wèn)題，同時(shí)，它并不考慮因變量和自變量之間的關(guān)系，無(wú)法充分體現(xiàn)每個(gè)主成分的作用，因此選用熵值法來(lái)確定各個(gè)指標(biāo)的權(quán)重計(jì)算。

報(bào)警數(shù)據(jù)能否聚合關(guān)鍵取決于報(bào)警數(shù)據(jù)之間的全局相似度，在計(jì)算全局相似度時(shí)，需為每種報(bào)警屬性設(shè)置一個(gè)權(quán)重W，用來(lái)衡量該屬性在計(jì)算全局相似度中的重要性。通過(guò)MATLAB 2016計(jì)算得知，權(quán)重矩陣為[ 0.000 1 0.045 2 0.013 0 0.047 1 0.000 5 0.004 6 0.035 3 0.272 1 0.582 1]。

Simsum(Alerti,Alertj)=

(4)

其中：Simsum(Alerti,Alertj)為報(bào)警數(shù)據(jù)的總相似度；i,j為屬性權(quán)重時(shí)報(bào)警數(shù)據(jù)所在的行號(hào)；c為報(bào)警數(shù)據(jù)的屬性所在的列號(hào)；Wc為報(bào)警數(shù)據(jù)各個(gè)屬性的權(quán)重；Alert(i)attributes和Alert(j)attributes分別為第i條和第j條報(bào)警數(shù)據(jù)的每個(gè)屬性的集合；n為報(bào)警數(shù)據(jù)的條數(shù)。

1.6 聚合計(jì)算

由于Snort收集到的大量報(bào)警數(shù)據(jù)中存在重復(fù)冗余數(shù)據(jù)，通過(guò)設(shè)置較高期望值可有效去除一定的冗余，達(dá)到進(jìn)一步精簡(jiǎn)報(bào)警數(shù)據(jù)目的。Snort聚合計(jì)算用到的相關(guān)參數(shù)符號(hào)如表4所示。

表4 Snort聚合計(jì)算參數(shù)符號(hào)說(shuō)明表

以下給出了Snort聚合計(jì)算的具體偽代碼。

algorithm：SADAA(S,W,SW,H,a,b)

Input:AlertBySW SW={n∈N|Sw1,Sw2,…,Swn};

Output:AlertBySADAAE={n∈N|e1,e2,…,en};

1. Begin

2. forn=0 toN-1

3. if SW=φthen

4. break

5. else

6. fori=0 to SW.size

7. for(H=0.1 to 0.9)

8. if getSumSim(SS(i)) >Ha++;

9. elseb++;

10. computeAggregation();

11.End

由偽代碼可知，分為4個(gè)階段：

1) 對(duì)計(jì)算總相似度后的Snort報(bào)警數(shù)據(jù)進(jìn)行集合封裝(偽代碼的Input部分)。

2) 對(duì)整個(gè)Snort報(bào)警數(shù)據(jù)文件進(jìn)行逐條順序讀取加載，若讀取到最后一行，則直接跳出循環(huán)，否則一一將加載到集合(偽代碼的1～5行)。

3) 讀取指定的每條報(bào)警數(shù)據(jù)總相似度屬性列的內(nèi)容,分別與期望閾值集合進(jìn)行比較，并統(tǒng)計(jì)滿足條件的報(bào)警條數(shù)(偽代碼的6～9行)。

4) 進(jìn)行聚合函數(shù)計(jì)算(偽代碼的第10行)。

2 相關(guān)工作實(shí)驗(yàn)及結(jié)果分析

2.1 實(shí)驗(yàn)環(huán)境

為了驗(yàn)證提出的基于角標(biāo)隨機(jī)讀取的Snort報(bào)警數(shù)據(jù)聚合方法的有效性，實(shí)驗(yàn)室搭建了真實(shí)的數(shù)據(jù)采集平臺(tái)，環(huán)境為OSSIM開(kāi)源平臺(tái)下的Snort分布式入侵檢測(cè)系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)整體采集環(huán)境拓?fù)鋱D如圖1所示。

圖1 數(shù)據(jù)采集平臺(tái)拓?fù)鋱D

通過(guò)搭建入侵檢測(cè)系統(tǒng)Snort并配合搭建LMAP、PHP、PEAR、ADOdb、BASE、HTML、MySQL、Libdnet、Libpcap、DAQ、Barnyard2的環(huán)境來(lái)直接對(duì)采集到的報(bào)警數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)先查看和分析。系統(tǒng)搭建完成后，通過(guò)BASE登錄，將實(shí)時(shí)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包，并通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)輸出接口將入侵日志傳送到MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)中，數(shù)據(jù)分析控制臺(tái)則可通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)接口讀取數(shù)據(jù)，并顯示在BASE上。

數(shù)據(jù)預(yù)處理環(huán)境為：Win 10 + VMware Workstation 12 + CentOS 6.5 + Snort 2.9.7.0 + Barnyard 2.1.13+ Base 1.4.5 + MySQL5.1.73 + Eclipse Mars。數(shù)據(jù)屬性相似度及權(quán)重計(jì)算環(huán)境為：Win 10 + Eclipse Mars。數(shù)據(jù)聚合及系統(tǒng)評(píng)價(jià)指標(biāo)環(huán)境為：Win10 + Eclipse Mars + JDK1.8 + Matlab2016 + IBM SPSS Statistics 24。

利用數(shù)據(jù)庫(kù)的輸出插件Barnyard2，將采集到的報(bào)警數(shù)據(jù)記入到數(shù)據(jù)庫(kù)MySQL。通過(guò)在OSSIM環(huán)境下部署snort-agent1到snort-agent4共4個(gè)數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)，snort-server作為服務(wù)端節(jié)點(diǎn)。總共采集Snort報(bào)警數(shù)據(jù)63 306條。以每個(gè)Snort報(bào)警數(shù)據(jù)類別屬性為分析基礎(chǔ)，進(jìn)一步細(xì)化得到的分類結(jié)果如表5所示。

表5 原始Snort報(bào)警數(shù)據(jù)分類表

2.2 預(yù)處理結(jié)果及分析

采用計(jì)數(shù)迭代式固定時(shí)間閾值預(yù)處理過(guò)程的方式來(lái)對(duì)報(bào)警數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，將原始報(bào)警數(shù)據(jù)集A進(jìn)行數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化，對(duì)其以time計(jì)數(shù)迭代來(lái)不斷循環(huán)，達(dá)到控制每相鄰報(bào)警數(shù)據(jù)間的比較目的，將timeDiff小于設(shè)定窗口值內(nèi)的重復(fù)報(bào)警數(shù)據(jù)精簡(jiǎn)到最低。

為了衡量報(bào)警數(shù)據(jù)預(yù)處理的效果，實(shí)驗(yàn)分析中定義報(bào)警數(shù)據(jù)精簡(jiǎn)率來(lái)作為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。假設(shè)原始報(bào)警數(shù)量為srcsnort個(gè)，精簡(jiǎn)后報(bào)警為dstsnort個(gè)，其報(bào)警數(shù)據(jù)精簡(jiǎn)率公式為

(5)

ReduceRatesnort用來(lái)反映聚合方法消除重復(fù)和冗余報(bào)警的效率，ReduceRatesnort越大，表示精簡(jiǎn)越高，也就說(shuō)明報(bào)警冗余去除的效果越明顯，提供給下一層數(shù)據(jù)聚合處理的數(shù)據(jù)源質(zhì)量也就更高。精簡(jiǎn)前后各類別的Snort報(bào)警數(shù)量分別如圖2和圖4所示，精簡(jiǎn)前后各類別的Snort報(bào)警數(shù)量占比情況分別如圖3和圖5所示。

圖2 精簡(jiǎn)前各類別的Snort報(bào)警數(shù)量

圖3 精簡(jiǎn)前各類別的Snort報(bào)警數(shù)量占比

圖4 精簡(jiǎn)后各類別的Snort報(bào)警數(shù)量

圖5 精簡(jiǎn)后各類別的Snort報(bào)警數(shù)量占比

通過(guò)實(shí)驗(yàn)結(jié)果得到srcsnort為63 306條，dstsnort為22 162條，總的報(bào)警精簡(jiǎn)率為65%。

2.3 聚合結(jié)果及分析

為了驗(yàn)證提出方法的有效性，將本方法與文獻(xiàn)[15]的方法進(jìn)行對(duì)比，通過(guò)訓(xùn)練取期望值H在不同值時(shí)聚合效果對(duì)比，結(jié)果如圖6所示。從圖6可看出，在H<0.6時(shí)，聚合率均低于50%，且有小幅上升，在0.7≤H≤0.9時(shí)，聚合率維持在90%左右并保持平穩(wěn)。同時(shí)，期間發(fā)生了一次較大幅度的增長(zhǎng)跳躍變化，通過(guò)分析，變動(dòng)期望值可以將相似度較高的報(bào)警數(shù)據(jù)合并為一類，從而進(jìn)行下一步分析，由此生成超報(bào)警信息庫(kù)，因而將期望值設(shè)為0.7。

圖6 不同期望值下Snort報(bào)警數(shù)據(jù)聚合率對(duì)比

由此可見(jiàn)，在一定程度上本方法從反向思維來(lái)計(jì)算報(bào)警數(shù)據(jù)屬性相似度，相比常規(guī)手段的順序聚合而言，更能使得聚合率提高并維持平穩(wěn)。

同時(shí)，為了驗(yàn)證所提方法的有效性，還定義了誤報(bào)率和檢測(cè)率來(lái)作為評(píng)價(jià)系統(tǒng)檢測(cè)性能的指標(biāo)?；诖?，根據(jù)以下規(guī)則對(duì)收集到的報(bào)警數(shù)據(jù)進(jìn)行了標(biāo)定。

如果一條報(bào)警數(shù)據(jù)滿足[15]以下3個(gè)條件：

1) 源IP地址符合模擬的攻擊IP地址；

2) 目的IP地址符合模擬攻擊的受害機(jī)IP地址；

3) 報(bào)警的時(shí)間戳在模擬攻擊所發(fā)生的時(shí)間窗之內(nèi)。

則該條報(bào)警被標(biāo)記為真報(bào)警，否則就被稱為誤報(bào)警。

經(jīng)標(biāo)定后，數(shù)據(jù)集含有45 002條真報(bào)警和18 004條誤報(bào)警。以70%隨機(jī)抽取作為訓(xùn)練數(shù)據(jù)集，30%作為測(cè)試數(shù)據(jù)集。類似Pietraszek[15]定義的反映報(bào)警處理性能的指標(biāo)，給出了一個(gè)混合矩陣C，如表6所示，表中“+”代表真報(bào)警(攻擊報(bào)警)，“-”代表誤報(bào)警。

表6 混合矩陣C

基于此，定義一組反映報(bào)警處理性能的指標(biāo)。

Snort報(bào)警數(shù)據(jù)檢測(cè)系統(tǒng)的系統(tǒng)檢測(cè)率(TPsnort)計(jì)算公式為

TPsnort=C11+C22/(C11+C12+C21+C22)。

(6)

Snort報(bào)警數(shù)據(jù)檢測(cè)系統(tǒng)的系統(tǒng)誤報(bào)率(FPsnort)計(jì)算公式為

FPsnort=C21/(C21+C22)。

(7)

使用SPSS里的CHAID樹(shù)算法作為Snort報(bào)警數(shù)據(jù)檢測(cè)系統(tǒng)的檢測(cè)方法，系統(tǒng)分別采用本方法(簡(jiǎn)稱方法1)和文獻(xiàn)[13]的聚合方法(簡(jiǎn)稱方法2)進(jìn)行檢測(cè)性能比較。兩者的系統(tǒng)檢測(cè)率和誤報(bào)率對(duì)比情況如表7所示。

表7 系統(tǒng)檢測(cè)率與誤報(bào)率對(duì)比 %

由表7可知，方法1的檢測(cè)率為89.64%，高出方法2的檢測(cè)率13%左右，在一定程度上說(shuō)明對(duì)真報(bào)警還是誤報(bào)警的判定有著明顯的作用，而且誤報(bào)率也有所降低。

同時(shí)，為了對(duì)比2種方法的運(yùn)行效率，定義了系統(tǒng)檢測(cè)平均運(yùn)行時(shí)間為

TA=T/n。

(8)

其中：T為檢測(cè)方法運(yùn)行的總時(shí)間；n為測(cè)試數(shù)據(jù)樣本總數(shù)。2種方法的平均運(yùn)行時(shí)間對(duì)比如表8所示。

表8 平均運(yùn)行時(shí)間對(duì)比

由表8可知，方法1比方法2的系統(tǒng)檢測(cè)平均運(yùn)行時(shí)間略少，可以稍微加快系統(tǒng)檢測(cè)運(yùn)行效率。

3 結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)現(xiàn)有的Snort報(bào)警數(shù)據(jù)聚合方法中報(bào)警數(shù)據(jù)讀取方法單一，進(jìn)而影響聚合效果的問(wèn)題，提出了一種基于角標(biāo)隨機(jī)讀取的Snort報(bào)警數(shù)據(jù)聚合方法。該方法通過(guò)角標(biāo)隨機(jī)讀取算法實(shí)現(xiàn)報(bào)警數(shù)據(jù)隨機(jī)打散讀取，并靈活計(jì)算屬性相似度。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，提出的方法有效地提高了Snort報(bào)警數(shù)據(jù)的聚合率，而且提高了入侵檢測(cè)系統(tǒng)的檢測(cè)性能。針對(duì)動(dòng)態(tài)復(fù)雜情況下持續(xù)性攻擊引發(fā)的多個(gè)報(bào)警事件時(shí)間間隔變化的問(wèn)題，如何進(jìn)一步有效地提高報(bào)警數(shù)據(jù)聚合效果，將是后續(xù)研究的主要內(nèi)容。