Web安全与机器学习（KNN篇）

sklearn之knn近邻算法

近邻算法检测异常操作

数据来源:http://www.schonlau.net/网页中的Masquerading User Data。其中包含50个用户的操作日志，每个日志包含1500条操作命令，前面5000条是正常的操作，后面的10000条日志中随即包含有异常操作。具体参考《Web安全机器学习入门》

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基础知识

本来想自己写的，但是网上资料太多，就没必要写了。看下其他大佬写过的就行了：

• https://blog.csdn.net/zgcr654321/article/details/85219121
• https://www.jianshu.com/p/3dcb39de04aa

这两个看了，基本上就没啥问题了

编程实现

Step 1：随便选择一个user日志，里面每行代表一个命令。每150个命令弄成一个操作序列，保存在列表之中

def load_user(filename):
    most_cmd = []
    mini_cmd = []
    cmd_list = []
    cmd_seq = []
    # 获取操作序列
    with open(filename, 'r', encoding="utf-8") as f:
        cmd = f.readline()
        temp = []
        cnt = 0
        while(cmd):
            cmd_list.append(cmd.strip('\n'))
            temp.append(cmd.strip('\n'))
            cnt = cnt + 1
            if(cnt == 150):  #  这里不按照书上的分，我这里按照150个命令为一个序列，刚好和标签对上号，因为标签只有100个值
                cmd_seq.append(temp)
                cnt = 0
                temp = []
            cmd = f.readline()

Step 2：然后将user日志中所有的命令进行统计，统计出它们最频繁的50个命令，以及最不频繁的50个命令

# 获取最频繁的前50个命令，获取最不频繁的前50个命令
fdist = sorted(FreqDist(cmd_list).items(),key = operator.itemgetter(1), reverse = True) # 按照出现频率排序
most_cmd = [ item[0] for item in fdist[:50]]
mini_cmd = [ item[0] for item in fdist[-50:]]

Step 3：特征化。在 Step 1 的操作序列上，我们按一个操作系列为单元，①统计其中不重复的命令个数、②最频繁的10个命令、③最不频繁的10个命令

user_feature = [] 
for cmd_list in user_cmd_list:
    # 获取每个序列不重复命令的个数
    seq_len = len(set(cmd_list))
    # 将每个序列按照出现频率由高到低的排列命令
    fdist = sorted(FreqDist(cmd_list).items(), key=operator.itemgetter(1), reverse=True)
    seq_freq = [item[0] for item in fdist]

    # 获取最频繁和最不频繁的前10个命令
    f2 = seq_freq[:10]
    f3 = seq_freq[-10:]

Step 4：因为KNN只能接收数值类型输入。在 Step 4 中，②和③都是字符串的命令，我们需要将其标量化。标量化的方式：统计最频繁使用的50个命令和最不频繁使用的50个命令计算重合程度

# 计算重合度
f2 = len(set(f2) & set(user_max_freq))
f3 = len(set(f3) & set(user_min_freq))
# 合并特征：①每个序列不重复的命令个数；②每个序列最频繁的前10个命令和user中最频繁的50个命令重合度；
# ③每个序列最不频繁的前10个命令和user中最不频繁的前50个命令重合度；
user_feature.append([seq_len, f2, f3])

python3完整代码如下

from nltk.probability import FreqDist  # 统计命令出现频率
import operator
from sklearn.neighbors import KNeighborsClassifier
import numpy as np

def load_user(filename):
        most_cmd = []
        mini_cmd = []
        cmd_list = []
        cmd_seq = []
        # 获取操作序列
        with open(filename, 'r', encoding="utf-8") as f:
                cmd = f.readline()
                temp = []
                cnt = 0
                while(cmd):
                        cmd_list.append(cmd.strip('\n'))
                        temp.append(cmd.strip('\n'))
                        cnt = cnt + 1
                        if(cnt == 150):  #  这里不按照书上的分，我这里按照150个命令为一个序列，刚好和标签对上号，因为标签只有100个值
                                cmd_seq.append(temp)
                                cnt = 0
                                temp = []
                        cmd = f.readline()

        # 获取最频繁的前50个命令，获取最不频繁的前50个命令
        fdist = sorted(FreqDist(cmd_list).items(),key = operator.itemgetter(1), reverse = True) # 按照出现频率排序
        most_cmd = [ item[0] for item in fdist[:50]]
        mini_cmd = [ item[0] for item in fdist[-50:]]
        return cmd_seq, most_cmd, mini_cmd

def get_user_feature(user_cmd_list, user_max_freq, user_min_freq):

        user_feature = [] 
        for cmd_list in user_cmd_list:
                # 获取每个序列不重复命令的个数
                seq_len = len(set(cmd_list))
                # 将每个序列按照出现频率由高到低的排列命令
                fdist = sorted(FreqDist(cmd_list).items(), key=operator.itemgetter(1), reverse=True)
                seq_freq = [item[0] for item in fdist]

                # 获取最频繁和最不频繁的前10个命令
                f2 = seq_freq[:10]
                f3 = seq_freq[-10:]
                # 计算重合度
                f2 = len(set(f2) & set(user_max_freq))
                f3 = len(set(f3) & set(user_min_freq))
                # 合并特征：①每个序列不重复的命令个数；②每个序列最频繁的前10个命令和user中最频繁的50个命令重合度；③每个序列最不频繁的前10个命令和user中最不频繁的前50个命令重合度；
                user_feature.append([seq_len, f2, f3])

        return user_feature

def get_labels(filename):  # 获取第三列的标签
        labels = []
        cnt = 0
        with open(filename, 'r', encoding="utf-8") as f:
                temp = f.readline().strip('\n')
                while(temp):
                        labels.append(int(temp[4])) 
                        cnt += 1
                        temp = f.readline().strip('\n')    
        return labels

if __name__ == "__main__":
        user_cmd_list, user_max_freq, user_min_freq = load_user('user.txt')
        user_feature = get_user_feature(user_cmd_list, user_max_freq, user_min_freq)
        labels = get_labels('labels.txt')

        # 切割数据集：训练集和测试集
        x_train = user_feature[0:70]
        y_train = labels[0:70]
        x_test = user_feature[70:]
        y_test = labels[70:]
        # 训练数据
        neight = KNeighborsClassifier(n_neighbors=3)
        neight.fit(x_train, y_train)
        # 预测
        y_predict = neight.predict(x_test)
        # 计算得分
        score = np.mean(y_test == y_predict) * 100
        print(score)  # 90.0

最终获得90%的正确率。

总结

①获取最频繁的前50个命令，书上的方式获取的并不是最频繁的前50个。在这里我改了下代码。②标签和数据对不上号，命令共有15000个，标签只有100个。书上的做法是每100个为一个操作序列，也就是有150个操作序列，然后在标签出再前面增加了50个标签。我的代码是将150个命令作为一个序列，这样下来刚好合适。

最后推荐下个人博客：https://unihac.github.io/