專利名稱：一種檢測器的生成和檢測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是將生物免疫系統(tǒng)的各種優(yōu)良特性應用于計算機系統(tǒng)中，主要用于解決計算機病 毒防治、網(wǎng)絡入侵檢測等實際問題，屬于生物信息學和計算機科學的交叉技術(shù)領(lǐng)域，具體涉 及一種檢測器的生成和檢測方法。
背景技術(shù)：
免疫系統(tǒng)保護機體免受外部細菌、病毒等的侵襲，能夠識別外來細胞或分子，然后從機 體內(nèi)消除這些有害物質(zhì)，同時觀察身體內(nèi)異常細胞的出現(xiàn)，并清除己經(jīng)變異的細胞。免疫細 胞所面臨的首要問題是如何定義自體/非自體，并進行識別。自體/非自體的識別是一種高效 率模式識別問題。
目前，人工免疫系統(tǒng)的研究包括非自體的識別機制與免疫網(wǎng)絡理論兩大類，其中最為重 要的是1994年，美國新墨西哥大學教授Forrest等人模擬生物免疫系統(tǒng)中T細胞的產(chǎn)生與作 用機制時所提出的否定選擇方法(NSA)，其中檢測器的生成是否定選擇方法的關(guān)鍵步驟之一。 各國科學家針對人工免疫系統(tǒng)中抗體和抗原的不同表示方式和匹配規(guī)則，設計了不同的檢測 器生成方法。
根據(jù)匹配閾值r和檢測器長度/是否發(fā)生改變，我們可將否定選擇方法中檢測器的生成方 法分為三大類
(1) r和/均不發(fā)生改變的檢測器生成方法.
Forrest等人使用的是窮舉檢測器生成方法，該方法是一種很耗時的方法，其時間復雜度
和空間復雜度分別為o( —，二y, .乂)和o(/.Ag,其中&為匹配概率，i^為檢測器匹配
失敗概率，A^為自體集合大小。我們可以看出檢測器的生成時間與自體集合的大小成指數(shù)關(guān)
系，并且容易產(chǎn)生冗余檢測器。為了克服這些問題，Patrik等人在1996年提出了線性檢測 器生成方法和貪心檢測器生成方法，前者所耗時間分別與自體集合大小和檢測器集合大小呈 線性關(guān)系，但與匹配閾值r呈指數(shù)關(guān)系，并仍有冗余；后者可消除冗余，但不能使檢測器生 成時間最小化。
(2) r可變，/不變的檢測器生成方法.
2004年，張衡等人提出了一種r可變的檢測器生成方法。該方法減小了 "漏洞"數(shù)量和，使得檢測器生成效率有所提高，但由于預檢測器是隨機生成的， 產(chǎn)生一個成熟檢測器需要的迭代次數(shù)為^《(PD表示任意兩個字符串匹配的概率，乂為
自體集合大小)，其迭代次數(shù)與自體集合大小呈指數(shù)級增長，所需要的時間復雜度仍然很高； 當^</時，仍無法完全解決"漏洞"問題。
(3) /可變，r不變的檢測器生成方法.
何申等人于2005提出了一種檢測器長度/可變的檢測器生成方法，該方法消除了 "漏洞" 區(qū)域，使得檢測器的檢測效率有所提高，但仍然存在冗余檢測器問題，并且其檢測器的生成 是基于L層的R叉樹進行査找匹配的，所需要的時間復雜度和空間復雜度仍然很高。
綜上所述，由于原先的抗原、抗體都是以難以處理的二進制字符串的形式表示的，所以 目前的檢測器生成方法均不同程度地存在檢測器生成效率低下、漏洞及冗余檢測器問題。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題本發(fā)明的目的是徹底消除現(xiàn)有技術(shù)中生成檢測器時存在的"漏洞"區(qū)域和冗 余檢測問題，從而提高檢測器的運行效率和識別非自體的能力，提供一種生成效率和檢測效 率高的檢測器生成和檢測方法。
實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案是 一種檢測器生成和檢測方法，包括
步驟l:基于數(shù)值區(qū)間檢測器的生成包括條件設置，即設置以二進制字符串表示論域、 自體、非自體、抗原及抗體的規(guī)則，設置判斷檢測器與抗原是否匹配規(guī)則，設置每個成熟檢 測器的區(qū)間；
步驟2:用檢測器檢測受保護的數(shù)據(jù)；
其特征是，所述匹配規(guī)則為對于任意字符串Z 當且僅當其對應的十進制
數(shù)值落在已定義的區(qū)間范圍內(nèi)時，為匹配。 上述步驟1中條件設置具體包括
① 論域設置由所有形為義=《％2 《 《(!' = 1，2廣.，/,《e{0,l})的長度為/的二 進制字符串構(gòu)成。
② 自體設置人工免疫系統(tǒng)中的合法信息，通常被表示成二進制字符串的形式。 非自體設置人工免疫系統(tǒng)中的非法信息，通常也表示成二進制字符串的形式。
③ 抗原設置進入人工免疫系統(tǒng)中的信息，包括自體抗原和非自體抗原。 抗體設置人工免疫系統(tǒng)經(jīng)過自體耐受檢査而產(chǎn)生的成熟檢測器。④匹配規(guī)則對于任意二進制字符串義=《1「.《，當且僅當其對應的十進制數(shù)值落在
某個已設置成熟檢測器的區(qū)間范圍內(nèi)時，稱字符串與該成熟檢測器匹配。
根據(jù)上面的定義，從一維空間的角度出發(fā)，產(chǎn)生基于數(shù)值形式的基于區(qū)間檢測器生成方法。
所述成熟檢測器區(qū)間設置包括下列步驟
步驟1:將長度為/的二進制字符串抗原、抗體轉(zhuǎn)化為十進制形式的抗原、抗體，再將
2^和1J^對應的十進制值構(gòu)成一個閉區(qū)間(即分別為區(qū)間的上、下界)，此區(qū)間即為初 (個 /個
始檢測器；
步驟2:將初始檢測器與已知自體集合進行匹配檢査，查找檢測器中與自體匹配的點去 除，并將檢測器區(qū)間從該點處劃分生成兩個子區(qū)間，添加到候選檢測器集合；
步驟3:當已知自體集合中出現(xiàn)連續(xù)自體或重復自體時，對每次劃分得到的子區(qū)間進行 整理、合并，即對候選檢測器集合進行優(yōu)化；
步驟4:重復步驟2-3，直到檢測器不再與已知自體集合中的自體發(fā)生匹配為止，此時 生成的檢測器集合即為成熟檢測器集合。
所述步驟2進一步包括下列步驟
步驟①將需要檢測的二進制字符串形式抗原轉(zhuǎn)化為十進制數(shù)值；
步驟②按照匹配規(guī)則，將十進制形式的抗原與成熟檢測器區(qū)間進行匹配檢査；若發(fā)生匹 配，即判斷抗原為非自體；否則為自體。
本發(fā)明基于數(shù)值形式的區(qū)間檢測器生成方法，利用一維空間中的數(shù)值區(qū)間作為檢測器， 參與系統(tǒng)的安全保護。本發(fā)明的方法不僅使得生成檢測器的時間復雜度和空間復雜度比現(xiàn)有 檢測器生成方法的時間復雜度和空間復雜度要低，而且徹底消除了 "漏洞"區(qū)域和冗余檢測 器。
本發(fā)明將原先難以處理的二進制字符串轉(zhuǎn)換成十進制的形式，即傳統(tǒng)二進制字符串形式 表示的檢測器就轉(zhuǎn)變成數(shù)值區(qū)間，改進了檢測器的生成效率和檢測效率，有效提高了比較性 能。
有益效果
(l灘免了對r值的確定
現(xiàn)有的三類方法中匹配閾值r都是很難確定的，只有最佳的r值才能夠在最小化檢測器數(shù) 目的同時獲得良好的識別能力。當r值較小時，將導致分類太粗，雖然單個檢測器的識別能力較強，系統(tǒng)效率較高；如果r值過小時，會造成檢測器無法通過自體耐受，不能生成成熟檢 測器，容易產(chǎn)生大量的漏洞。當r值較大時，其分類較細，雖然有效減少了漏洞的數(shù)量，但需 要生成較多的檢測器才能檢測出同樣數(shù)量的非自體，生成成熟檢測器的代價較大；尤其當r值 過分大時，使得識別非自體所需要的檢測器數(shù)量急劇增加，影響檢測性能。所以，r值的確定 一直是傳統(tǒng)的檢測器生成方法未能很好解決的問題。而發(fā)明中提出的基于數(shù)值形式的區(qū)間檢 測器生成方法恰恰避免了對r值的確定。
(2) 消除了 "漏洞"區(qū)域
現(xiàn)有的生成方法均不能滿足無漏洞精確檢測的要求。本發(fā)明提出的方法一開始就將二進制
串^5和iJL^l對應的十進制值構(gòu)成的閉區(qū)間定義為初始檢測器，這樣長度為/的自體抗原
/個 汁
和非自體抗原全都落在該區(qū)間范圍內(nèi)。所以徹底消除了 "漏洞"。這是該方法的一個重要特 點。
(3) 消除了冗余檢測器問題
在方法匹配過程中，當已知自體集合中出現(xiàn)連續(xù)自體或是重復自體時，可將已生成的候 選檢測器區(qū)間整理、合并，最終得到互不相交的子區(qū)間。并且這些子區(qū)間檢測器可識別出初 始檢測器所能識別的所有非自體抗原。因此，經(jīng)自體耐受訓練并優(yōu)化后的成熟檢測器無須進 行冗余檢測器的消除，有效提高了檢測器的生成效率。
具體實施方式
. 下面結(jié)合實施例做進一步說明。
己知32位的二進制自體字符串(假設該卑包含了所有長度為/的自體)
00101000100100000100001010010011,將其分成長度為/ = 4的子自體字符串集合5,
S = {0010， 0101, 1010， 0100， 1000, 0001， 0010， 0100， 1001， 0010， 0100， 1000， 0000， 0000， 0001, 0010， 0100， 1000， 0000' 0001， 0010, 010，1010， 0100， 1001, 0010， 0100, 1001， 0011}。
將集合S中自體子字符串換用十進制數(shù)來表示，對應的子自體字符串集合可表示為
S = {2， 5， 10， 4, 8， 1， 2， 4， 9, 2， 4, 8, 0, 0， 1， 2， 4， 8， 0, 1, 2， 5， 10， 4， 9， 2， 4， 9， 3 } (1)檢測器的生成
由于子字符串長度/ = 4，所以二進制形式的初始檢測器區(qū)間范圍從0000到1111，即[O, 15]。符合上例數(shù)域的初始檢測器i ,:
。
按照上面方法的步驟2，我們將初始檢測器《
中與集合S中的第一個自體"2"進行匹配，并去除匹配的點"2"。同時從匹配點"2"處將區(qū)間進行劃分，形成候選檢測器集 合/ 2:
和[3， 15]。
將候選檢測器集合i^與集合S中的第二個自體"5"進行匹配，經(jīng)過比較發(fā)現(xiàn)其落在[3， 15]區(qū)間內(nèi)。根據(jù)方法則將區(qū)間[3， 15]中與自體"5"匹配的點去除，同時將區(qū)間從此處進行 劃分，形成; 3:
， [3, 4]， [6， 15]。
再將A與集合S中的下一個自體"10"進行匹配并進行劃分。形成/ 4:
， [3, 4]， [6， 9]， [11， 15]。
接下來與檢測器i^匹配的是自體"4"，因為它與自體"5"連續(xù)，所以可將候選檢測器整 理合并，生成&:
， {3}， [6， 9]， [11, 15];……。依次重復。
在此過程中，每當出現(xiàn)重復自體或是連續(xù)自體時，都將產(chǎn)生的候選檢測器集合進行整理、 合并，由上我們可以看出生成候選檢測器的個數(shù)并沒有隨自體個數(shù)的增加而增加。
最終，我們得到成熟檢測器集合為及[6， 7]和[11, 15]， 二進制形式為[OllO， 0111] 和[IOII， llll]。 (2)檢測受保護數(shù)據(jù)串
假設受保護數(shù)據(jù)串為長度/ = 4的字符串^: 0111， 1000, 0101， 1001,對應的十進制值
為7， 8， 5， 9。將其與生成的成熟檢測器集合/ 進行匹配，按照匹配規(guī)則，發(fā)現(xiàn)只有7與 成熟檢測器集合發(fā)生匹配，而5, 8， 9都不能與成熟檢測器集合發(fā)生匹配。從而，我們可斷 定只有7為非自體，而5， 8， 9均為自體。即受保護數(shù)據(jù)串中只有0111為非自體，而IOOO， 0101， 1001均為自體。
綜上，我們可知基于數(shù)值形式的區(qū)間檢測器的生成及其應用。
權(quán)利要求
1.一種檢測器生成和檢測方法，包括步驟1數(shù)值區(qū)間檢測器的生成，包括條件設置，即設置以二進制字符串表示自體、非自體、抗原及抗體的規(guī)則，設置判斷檢測器與抗原是否匹配規(guī)則，設置每個成熟檢測器的區(qū)間；步驟2用檢測器檢測受保護的數(shù)據(jù)；其特征是，所述匹配規(guī)則為對于任意字符串X＝X1X2…Xl，當且僅當其對應的十進制數(shù)值落在已定義的區(qū)間范圍內(nèi)時，為匹配。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是，所述成熟檢測器區(qū)間設置包括下列步驟步驟1:將長度為/的二進制字符串抗原、抗體轉(zhuǎn)化為十進制形式的抗原、抗體，再將22^5和U^i對應的十進制值構(gòu)成一個閉區(qū)間(即分別為區(qū)間的上、下界)，此區(qū)間即為初,個 '個始檢測器；步驟2:將初始檢測器與已知自體集合進行匹配，把檢測器中與自體匹配的點去除，并將檢測器區(qū)間從該點處劃分生成兩個子區(qū)間，添加到候選檢測器集合；步驟3:當已知自體集合中出現(xiàn)連續(xù)自體或重復自體吋，對每次劃分得到的子區(qū)間進行整理、合并，即對候選檢測器集合進行優(yōu)化；步驟4:重復步驟2-3,直到檢測器不再與已知自體集合中的自體發(fā)生匹配為止，此時生成的檢測器集合即為成熟檢測器集合。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是，所述步驟2進一步包括下列步驟步驟①將需要檢測的二進制字符串形式抗原轉(zhuǎn)化為十進制數(shù)值；步驟②按照匹配規(guī)則，將十進制形式的抗原與成熟檢測器區(qū)間進行匹配檢査；若發(fā)生匹配，即判斷抗原為非自體；否則為自體。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是，上述步驟1中條件設置還包括① 論域設置由所有形為X-J^X2…Z,…《("1,2，…,/，《e(0,lp的長度為/的二進制字符串構(gòu)成；② 自體設置人工免疫系統(tǒng)中的合法信息，通常被表示成二進制字符串的形式；非自體設置人工免疫系統(tǒng)中的非法信息，通常也表示成二進制字符串的形式；③ 抗原設置進入人工免疫系統(tǒng)中的信息，包括自體抗原和非自體抗原；抗體設置人工免疫系統(tǒng)中的T細胞經(jīng)過自體耐受而產(chǎn)生的成熟檢測器。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種檢測器的生成和檢測方法，該方法將最大區(qū)間定義為初始檢測器；然后將其進行自體耐受訓練。按照匹配規(guī)則，把檢測器中與已知自體相匹配的點去除，同時將檢測器區(qū)間從該點處劃分生成兩個子區(qū)間檢測器，遞歸地對每個子區(qū)間進行檢測。并在此過程中進行檢測器的優(yōu)化，最終將所生成的成熟檢測器集合用與系統(tǒng)安全保護。該發(fā)明突破了已有檢測器的生成方法及匹配規(guī)則，消除了“漏洞”和冗余檢測器，進而提高了檢測器的生成效率和檢測效率。
文檔編號G06N3/00GK101604408SQ20091002925
公開日2009年12月16日 申請日期2009年4月3日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月3日
發(fā)明者夏惠芬, 濤 蔡, 鞠時光 申請人:江蘇大學