《電子技術應用》
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一种融合多源异构数据的图神经网络联合框架
网络安全与数据治理
胡开明,陈建华
广东松山职业技术学院
摘要: 针对网络空间攻防对抗呈现出多步骤、隐蔽化、异构化复杂特征,传统依赖规则匹配和统计分析的方法已难以满足精准溯源与实时态势感知需求的问题,提出一种融合多源异构数据的图神经网络联合框架,实现网络攻击的自动化溯源与动态态势感知。首先,通过构建网络实体-攻击行为异构信息网络,整合流量日志、漏洞库、告警信息等多源数据;其次,设计基于注意力机制的时空图卷积网络(ST-GAT),捕捉攻击行为的时序依赖与节点关联特征;最后,通过攻击路径推理与风险等级量化,形成从攻击溯源到态势评估的闭环。实验基于CTU.13和CSE.CIC.IDS2018数据集验证,结果表明该框架在攻击溯源准确率(92.7%)、态势评估响应时间(≤0.3 s)等指标上显著优于传统方法、近年主流时序GNN 变体及网络安全领域专用模型,为网络安全应急响应提供技术支撑。 关键词:;;;;
中圖分類號:TP393.08文獻標志碼:ADOI:10.19358/j.issn.2097-1788.2026.04.007
中文引用格式:胡開明,陳建華. 一種融合多源異構數據的圖神經網絡聯合框架[J].網絡安全與數據治理,2026,45(4):51-58.
英文引用格式:Hu Kaiming,Chen Jianhua. A joint framework of graph neural networks integrating multisource heterogeneous data[J].Cyber Security and Data Governance,2026,45(4):51-58.
A joint framework of graph neural networks integrating multisource heterogeneous data
Hu Kaiming,Chen Jianhua
Guangdong Songshan Polytechnic
Abstract: Aiming at the complex characteristics of cyberspace attackdefense confrontation, such as multistep, concealed, and heterogeneous, traditional methods relying on rule matching and statistical analysis can hardly meet the needs of accurate traceability and realtime situation awareness. This paper proposes a joint framework of graph neural networks (GNNs) integrating multisource heterogeneous data to realize automatic traceability of network attacks and dynamic situation awareness. Firstly, a heterogeneous information network (HIN) of network entitiesattack behaviors is constructed to integrate multisource data such as traffic logs, vulnerability databases, and alarm information. Secondly, a spatiotemporal graph attention network (STGAT) based on the attention mechanism is designed to capture the temporal dependence of attack behaviors and the correlation characteristics of nodes. Finally, through attack path reasoning and risk level quantification, a closed loop from attack traceability to situation assessment is formed. Experiments are verified based on the CTU13 and CSECICIDS2018 datasets. The results show that the framework is significantly superior to traditional methods, the mainstream temporal GNN variants and dedicated models in the field of network security in indicators such as attack traceability accuracy (92.7%) and situation assessment response time (≤0.3 s), providing technical support for network security emergency response.
Key words : Graph Neural Network (GNN); network attack traceability; situation awareness; Heterogeneous Information Network (HIN); Spatiotemporal Graph Convolution(SGC)

引言

網絡攻擊溯源態勢感知作為網絡安全防御的核心技術,在威脅檢測、應急響應、風險管控等關鍵場景中具有不可替代的應用價值,是保障關鍵信息基礎設施安全、提升主動防御能力的重要支撐。然而,傳統攻擊溯源方法主要依賴規則匹配(如Snort規則)[1]、日志關聯分析和攻擊圖推理,存在顯著技術局限:規則匹配難以應對未知攻擊變體,日志分析受數據質量與完整性影響較大,攻擊圖推理則面臨狀態空間爆炸問題[2];態勢感知技術多基于統計學習方法(如SVM、隨機森林)[3],難以捕捉網絡實體間的復雜關聯關系與攻擊行為的時序動態演化特性。隨著網絡數據規模的指數級增長,多源異構安全數據的融合建模與深層特征提取已成為突破現有技術瓶頸的核心關鍵。

針對上述問題,現有改進方案多聚焦于規則庫迭代、日志預處理優化或攻擊圖剪枝技術,但這些方法仍未脫離對結構化數據的強依賴,無法有效處理動態變化的攻擊場景,且存在智能化程度低、依賴人工干預等固有缺陷。在復雜攻擊場景(如高級持續性威脅APT)中,由于攻擊路徑隱蔽性強、跨節點協同性高,傳統方法難以實現攻擊行為的完整溯源與態勢的實時評估,導致安全響應延遲,無法滿足主動防御需求[4]。

近年來,圖神經網絡(Graph Neural Network,GNN)作為深度學習領域的重要分支,通過將圖結構數據與神經網絡深度融合,能夠自動學習節點與邊的高維特征表示,在節點分類、鏈路預測、路徑推理等任務中展現出優異性能[5],為解決網絡安全領域的復雜關聯建模問題提供了新路徑。GNN具備的端到端學習能力與結構表征優勢,能夠有效突破傳統方法的技術局限,實現多源異構數據的有機融合與攻擊模式的智能挖掘。

綜合上述研究,本文將GNN技術引入網絡攻擊溯源與態勢感知領域,構建端到端的聯合框架,實現從數據建模、特征學習到路徑推理與態勢評估的全流程優化。本文的貢獻總結如下:

(1)提出一種網絡實體-攻擊行為異構信息網絡(EHIN)建模方法,將設備、漏洞、攻擊行為等多類型實體抽象為圖節點,實體間的關聯關系抽象為邊,通過規范化公式實現多源異構安全數據的統一表征,解決數據融合難題。

(2)設計融合時序注意力與空間注意力的STGAT模型,完成時序依賴捕捉、空間關聯提取、特征融合與路徑推理的數學推導,顯著提升復雜攻擊路徑的識別精度與效率。

(3)構建“溯源-評估-預測”三位一體的態勢感知體系,基于GNN推理得到的攻擊路徑計算攻擊成功率、影響范圍等核心指標,結合網絡資產價值量化安全態勢,實現動態風險評估與主動防御支撐。


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作者信息:

胡開明,陳建華

(廣東松山職業技術學院,廣東韶關512126)

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