網(wǎng)絡(luò)流量識(shí)別對飛行上網(wǎng)安全的初步研究＊

周文剛，馮貴蘭

（中國民航飛行學(xué)院，四川 德陽 618307）

1 網(wǎng)絡(luò)流量

“網(wǎng)絡(luò)流量”是用戶上網(wǎng)后的衍生概念，涉及到交換機(jī)、網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用及網(wǎng)絡(luò)用戶等多個(gè)相互緊密聯(lián)系的實(shí)體，是一個(gè)多因素融合的、復(fù)雜的系統(tǒng)概念[1]。每個(gè)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用都有自己對應(yīng)的流量行為特性，隨著各種網(wǎng)絡(luò)新型應(yīng)用和網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用層協(xié)議的不斷出現(xiàn)，網(wǎng)絡(luò)流量的復(fù)雜性也不斷增強(qiáng)，其多變、異質(zhì)、動(dòng)態(tài)的特性也更加明顯[2]。此外，網(wǎng)絡(luò)流量數(shù)據(jù)具有一定程度上的時(shí)間和地域相關(guān)性，因而也有其特定的自身行為特征。

2 網(wǎng)絡(luò)流量識(shí)別檢測與飛行上網(wǎng)的安全性

我國民航在近30年來的發(fā)展可謂突飛猛進(jìn)，20世紀(jì)90年代初期，全國民航僅開辟了437條航線，其中，國內(nèi)航線385條。而到了2017年，我國民航運(yùn)輸總周轉(zhuǎn)量已經(jīng)突破了千億噸千米，達(dá)到創(chuàng)紀(jì)錄的1 083.1億噸千米，其中，國內(nèi)航線完成694.6億噸千米，國際航線累計(jì)完成388.5億噸千米，占比分別約為64%和36%.在航空客運(yùn)上，我國民航2017全年累計(jì)實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸量約5.52億人次，國際航線貨郵的運(yùn)輸量和周轉(zhuǎn)量方面更是取得長足進(jìn)步。此外，據(jù)初步統(tǒng)計(jì)，我國民航全年旅客周轉(zhuǎn)總量達(dá)到9 512.8億人千米，約為20世紀(jì)90年代初的40倍。與此同時(shí)，隨著經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的高速發(fā)展，飛行變得越來越頻繁，人們也對飛行過程中的服務(wù)提出了更高的要求，2017-10，國家民航局發(fā)布實(shí)施《大型飛機(jī)公共航空運(yùn)輸承運(yùn)人運(yùn)行合格審定規(guī)則》修訂版[3]。在這次修訂中，最引人注目的便是放寬了對于機(jī)上便攜式電子設(shè)備（PED）的使用管理規(guī)定。新規(guī)定將便攜式電子設(shè)備能否在飛機(jī)上使用的“審批權(quán)”下放給了各航空公司。隨后，國內(nèi)各大航空公司紛紛響應(yīng)，允許在一定的限制條件下，在飛機(jī)上可以使用相應(yīng)的便攜式電子設(shè)備，以進(jìn)一步提高旅客的飛行體驗(yàn)。同時(shí)，各航空公司也在不斷改造機(jī)上設(shè)備，適應(yīng)新興技術(shù)發(fā)展，以擴(kuò)大空中飛行上網(wǎng)服務(wù)市場范圍。

目前，世界上主要有兩種主流技術(shù)方式用于實(shí)現(xiàn)“空地互聯(lián)”：一種是ATG（空地），即地面基站向空中發(fā)射信號(hào)模式，但這種方式需要在航路中架設(shè)地面基站，受地形和天氣條件限制較多，尤其不能實(shí)現(xiàn)越洋飛行。另一種是用通信衛(wèi)星，包括利用L波段海事通信衛(wèi)星和Ku波段及Ka波段通信衛(wèi)星傳輸信號(hào)。衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)通信可以覆蓋全世界絕大部分區(qū)域，飛行中不受航路及地形影響。

飛機(jī)飛行上網(wǎng)能將飛機(jī)健康數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸?shù)降孛娴拇髷?shù)據(jù)中心，可以提升我國民航的安全運(yùn)行水平。同時(shí)，空中飛行上網(wǎng)對旅客出行變革的意義在于能夠打通整個(gè)航旅服務(wù)的鏈條，形成一個(gè)地面與空中的完整商業(yè)開放平臺(tái)，它將吸引民航、酒店、金融、租車、互聯(lián)網(wǎng)等企業(yè)深度參與，創(chuàng)造出一個(gè)全新的基于航旅出行的開放商業(yè)平臺(tái)。

而與此形成鮮明對比的是，由于網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的安全技術(shù)還需完善，我國的網(wǎng)絡(luò)安全問題越來越突出，垃圾郵件、釣魚網(wǎng)站、惡意代碼和惡意軟件、網(wǎng)絡(luò)蠕蟲病毒等影響了人們對網(wǎng)絡(luò)的正常使用[4]。而在飛機(jī)飛行上網(wǎng)的過程中，網(wǎng)絡(luò)的安全性更加重要，任何信號(hào)干擾或網(wǎng)絡(luò)病毒攻擊都可能影響到飛機(jī)的安全飛行。因此，我們可以從網(wǎng)絡(luò)流量識(shí)別檢測的角度深入分析特定的網(wǎng)絡(luò)流量行為，以保證飛行上網(wǎng)的安全性和可控性。

流量識(shí)別檢測技術(shù)是間接理解網(wǎng)絡(luò)的統(tǒng)計(jì)行為，進(jìn)而對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行深入分析的重要手段之一，同時(shí)，對網(wǎng)絡(luò)流量的分析和識(shí)別也是網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、設(shè)計(jì)與配置的重要依據(jù)。更重要的是，流量識(shí)別檢測技術(shù)也為網(wǎng)絡(luò)行為學(xué)和流量工程學(xué)的研究應(yīng)用提供了重要支撐。

針對當(dāng)前飛機(jī)上網(wǎng)發(fā)展中面臨的安全挑戰(zhàn)，通過網(wǎng)絡(luò)流量分類識(shí)別技術(shù)，我們可以明細(xì)網(wǎng)絡(luò)流量構(gòu)成、準(zhǔn)確了解飛行中的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行狀況、監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)性能、進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)差異化服務(wù)等。同時(shí)，通過深層次分析網(wǎng)絡(luò)所承載內(nèi)容的相應(yīng)流量特征，發(fā)現(xiàn)其中所攜帶的病毒信息或惡意攻擊代碼，從而對系統(tǒng)發(fā)出安全威脅警告并采取相應(yīng)措施，以保障網(wǎng)絡(luò)信息安全。

當(dāng)前，現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)流量分類識(shí)別方法主要包括基于有效載荷分析的流量分類識(shí)別方法和基于機(jī)器學(xué)習(xí)的分類識(shí)別方法等[5]。其中，基于有效載荷的流量分類識(shí)別方法通過分析網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包的有效載荷是否與特征識(shí)別庫相匹配來確定網(wǎng)絡(luò)流量類別。而在人工智能和大數(shù)據(jù)應(yīng)用日益火爆的背景下[6]，利用機(jī)器學(xué)習(xí)的流量分析方法并進(jìn)一步保證飛行上網(wǎng)安全更是受到了越來越多的關(guān)注，在民航業(yè)也有著廣闊的應(yīng)用前景?；跈C(jī)器學(xué)習(xí)的流量分類識(shí)別方法通過建立相關(guān)數(shù)據(jù)集，并構(gòu)建適當(dāng)?shù)姆诸愖R(shí)別模型并學(xué)習(xí)發(fā)現(xiàn)流量數(shù)據(jù)內(nèi)在聯(lián)系，以獲取較好的分類結(jié)果。值得一提的是，在無監(jiān)督機(jī)器學(xué)習(xí)中，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)特征庫中所沒有的特征流量類別，進(jìn)而及時(shí)發(fā)現(xiàn)和應(yīng)對一些未知的網(wǎng)絡(luò)安全問題，以更好地保證飛行上網(wǎng)安全。

實(shí)際上，飛行上網(wǎng)的安全性始終處于民航飛行的首要位置，隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展，在飛機(jī)數(shù)量和飛行旅客不斷增長的背景下，網(wǎng)絡(luò)流量識(shí)別技術(shù)在有限的時(shí)間里實(shí)現(xiàn)高效的流量分類及使用高效的分類機(jī)制對海量數(shù)據(jù)進(jìn)行快速準(zhǔn)確的分類等，都將成為飛行上網(wǎng)過程中保證飛機(jī)飛行安全的重要手段。

3 網(wǎng)絡(luò)流量檢測識(shí)別助力飛行上網(wǎng)的發(fā)展

隨著全球民航業(yè)的高速發(fā)展，空中飛行上網(wǎng)服務(wù)可顯著提升旅客的飛行體驗(yàn)，切實(shí)滿足部分旅客的實(shí)際上網(wǎng)需求。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前空中上網(wǎng)服務(wù)已經(jīng)覆蓋了世界上所有商業(yè)航班中超過1/3（約39%）的航程，其中，美國的各大航空公司已有71%的航程可實(shí)現(xiàn)飛行上網(wǎng)全覆蓋，而這一比例在非美國的航空公司中僅為13%.相比之下，中國的空中飛行上網(wǎng)服務(wù)市場尚處于起步階段，面對這一巨大的市場藍(lán)海，國內(nèi)各大航空公司都在不斷加大投入力度，適時(shí)改造機(jī)上設(shè)備，適應(yīng)新技術(shù)的發(fā)展，空中飛行上網(wǎng)服務(wù)將逐漸成為優(yōu)質(zhì)航空公司的標(biāo)配，成為新的服務(wù)標(biāo)桿。與此同時(shí)，隨著各航空公司對飛機(jī)上使用移動(dòng)手機(jī)和其他便攜式電子設(shè)備的限制放開，飛行上網(wǎng)旅客將進(jìn)入爆發(fā)式增長階段，在基于安全的前提下，未來市場空間將更為廣闊。因此，網(wǎng)絡(luò)流量識(shí)別檢測技術(shù)的不斷發(fā)展必將為飛行上網(wǎng)服務(wù)的安全性和可控性提供強(qiáng)有力的支撐，并推動(dòng)民航業(yè)整體的可持續(xù)發(fā)展。