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无线环境下比特流协议帧定位与特征分析

吴艳梅  
【摘要】:在现代网络通信环境中,随着无线网络相关技术的迅速发展及其广泛部署,无线网络通信中安全性需求日益突显。由于无线网络传输介质为无线波,而这种介质在本质上就是开放的,这使得网络中传输的数据很容易被截获,同时数据窃密者也可以使用未知或非常规协议来传输数据以达到攻击目的;在网络对抗方面,监听者在侦查截获到对方传输的物理信号后,由于未知协议及其格式而无法从比特流中准确地切割帧并解析帧格式;同时,无线环境下的比特流协议帧定位与特征分析也是对上层未知协议数据识别和分析的重要基础,然而现有的协议特征分析技术大多致力于上层协议格式解析,而由于监听者无法直接获取对方数据的协议格式,在比特流中进行帧定位和特征分析成为进一步解析上层数据的重要基础,同时也是一个难点问题。本文在对国内外帧定位技术和未知协议特征分析技术进行了分析总结和对多模式匹配算法、关联规则挖掘算法、聚类算法和序列比对算法等相关算法研究的基础上,提出了无线网络环境下比特流协议帧定位与特征分析算法,并通过采集真实环境中数据进行了一系列验证实验,本文主要完成了以下研究工作:1.针对国内外现有的帧定位技术的局限性,本文提出了在没有先验知识的情况下通过频繁串提取和关联规则拼接来识别帧同步码从而实现帧定位的方法。该方法利用了改进的AC算法来实现对所有长度为m的模式串统计;同时,考虑到算法性能问题,提出了采用关联规则挖掘算法进行频繁串拼接进而发现比特流中的同步序列;最后,提出利用计算汉明距离来检测比特流数据中同步码出现位置以实现帧定位。2.为了在完整切割后的帧集合中进一步分析协议特征,本文提出了基于聚类算法和改进的序列比对算法的特征分析技术,利用聚类算法将切分后的帧按照协议格式来进行聚类。同时,本文提出采用改进的多序列比对算法和序列相应位的相似度阈值提取各个未知协议帧中相应的协议特征序列来标识不同的协议格式。3.为了验证本文提出算法的有效性和准确性,采集了真实环境下的无线网络通信数据来进行了验证实验,提出了筛选准确率,数据识别率和误识别率等指标,对实验结果进行评价。并采用四种典型的聚类算法对不同帧格式数据进行聚类,并对其性能从时间消耗、资源消耗和准确率等方面进行了比较,总结了四种算法的优点和局限性以及在帧聚类方法中不同适用场景。


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