物聯(lián)網(wǎng)安全與深度學(xué)習(xí)技術(shù)

第1 章 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)基礎(chǔ)??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．001
1．1 物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展現(xiàn)狀????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．001
1．1．1 美國(guó)??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．001
1．1．2 歐盟??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．002
1．1．3 日本??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．002
1．1．4 韓國(guó)??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．003
1．1．5 中國(guó)??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．003
1．2 物聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．004
1．2．1 感知層??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．005
1．2．2 網(wǎng)絡(luò)層??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．005
1．2．3 應(yīng)用層??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．006
1．3 物聯(lián)網(wǎng)信息的三大特性??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．007
1．3．1 高敏感性????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．007
1．3．2 高可靠性????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．007
1．3．3 高關(guān)聯(lián)性????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．007
1．4 物聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)的發(fā)展??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．008
1．5 小結(jié)??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????011
第2 章 物聯(lián)網(wǎng)安全架構(gòu)????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．012
2．1 引言??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．012
2．2 物聯(lián)網(wǎng)典型安全事件??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．012
2．2．1 事件回顧????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．012
2．2．2 事件分析????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．016
2．3 物聯(lián)網(wǎng)安全問(wèn)題分類??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．017
2．3．1 互聯(lián)網(wǎng)引入的安全問(wèn)題??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．017
2．3．2 物聯(lián)網(wǎng)場(chǎng)景下的互聯(lián)網(wǎng)“安全”問(wèn)題????????????????????????????????????????????????????????．017
2．3．3 物聯(lián)網(wǎng)引入的安全問(wèn)題??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．017
2．3．4 物聯(lián)網(wǎng)自身的安全問(wèn)題??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．018
2．4 物聯(lián)網(wǎng)安全威脅分析??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．018
2．4．1 感知層安全威脅????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．019
2．4．2 網(wǎng)絡(luò)層安全威脅????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．020
2．4．3 應(yīng)用層安全威脅????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．022
2．5 物聯(lián)網(wǎng)安全需求分析??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．023
2．5．1 縱橫聯(lián)動(dòng)的一體化安全保障支撐????????????????????????????????????????????????????????????????????????．024
2．5．2 感知層傳感器設(shè)備的身份鑒別與數(shù)據(jù)防護(hù)????????????????????????????????????????．026
2．5．3 網(wǎng)絡(luò)層異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)規(guī)?；踩ヂ?lián)與全網(wǎng)統(tǒng)一監(jiān)管??????????????????．027
2．5．4 應(yīng)用層數(shù)據(jù)多域安全共享??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．028
2．6 物聯(lián)網(wǎng)安全體系框架??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．029
2．6．1 技術(shù)體系????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．029
2．6．2 物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的安全信息流??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．036
2．7 小結(jié)??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．037
第3 章 物聯(lián)網(wǎng)安全認(rèn)證技術(shù)??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．039
3．1 引言??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．039
3．2 身份認(rèn)證方式????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．040
3．2．1 基于秘密信息的認(rèn)證方式??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．040
3．2．2 基于信物的認(rèn)證方式??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．041
3．2．3 基于密鑰的認(rèn)證方式??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．041
3．2．4 基于生物特征的認(rèn)證方式??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．042
3．3 物聯(lián)網(wǎng)身份認(rèn)證的特點(diǎn)??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．043
3．3．1 輕量級(jí)??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．043
3．3．2 非對(duì)稱??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．043
3．3．3 復(fù)雜性??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．043
3．4 幾種物聯(lián)網(wǎng)身份認(rèn)證方式??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．044
3．4．1 基于RFID 的物聯(lián)網(wǎng)身份認(rèn)證方式??????????????????????????????????????????????????????????????????．044
3．4．2 基于傳感網(wǎng)絡(luò)的物聯(lián)網(wǎng)認(rèn)證方式????????????????????????????????????????????????????????????????????????．044
3．4．3 基于藍(lán)牙的感知網(wǎng)絡(luò)認(rèn)證方式??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．045
3．4．4 基于生物特征識(shí)別的認(rèn)證方式??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．045
3．5 基于生物特征的物聯(lián)網(wǎng)身份認(rèn)證方法????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．047
3．5．1 生物特征身份認(rèn)證流程??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．047
3．5．2 指紋識(shí)別????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．049
3．5．3 人臉識(shí)別????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．049
3．5．4 虹膜識(shí)別????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．051
3．5．5 指靜脈識(shí)別????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．051
3．5．6 聲紋識(shí)別????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．052
3．6 基于深度學(xué)習(xí)的聲紋識(shí)別技術(shù)????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．053
3．6．1 概述??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．053
3．6．2 聲紋識(shí)別的工作原理??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．054
3．6．3 聲紋識(shí)別的流程????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．055
3．6．4 聲紋識(shí)別技術(shù)的三次突破??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．059
3．6．5 基于深度學(xué)習(xí)的典型聲紋識(shí)別算法????????????????????????????????????????????????????????????????．060
3．6．6 聲紋識(shí)別應(yīng)用趨勢(shì)????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．063
3．7 小結(jié)??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．066
本章參考文獻(xiàn)????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．066
第4 章 卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．068
4．1 卷積運(yùn)算????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．069
4．2 動(dòng)機(jī)??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．072
4．3 池化??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．077
4．4 將卷積與池化作為一個(gè)無(wú)限強(qiáng)的先驗(yàn)????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．082
4．5 基本卷積函數(shù)的變體??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．083
4．6 結(jié)構(gòu)化輸出????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．093
4．7 數(shù)據(jù)類型????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．094
4．8 高效的卷積算法????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．095
4．9 隨機(jī)或無(wú)監(jiān)督的特征??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．096
4．10 小結(jié)??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．097
本章參考文獻(xiàn)????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．098
第5 章 序列建模：循環(huán)和遞歸網(wǎng)絡(luò)??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．101
5．1 展開(kāi)計(jì)算圖????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．102
5．2 RNN??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．105
5．2．1 Teacher Forcing 和輸出循環(huán)網(wǎng)絡(luò)????????????????????????????????????????????????????????????????????????．109
5．2．2 計(jì)算RNN 的梯度????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????111
5．2．3 作為有向圖模型的循環(huán)網(wǎng)絡(luò)??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????113
5．2．4 基于上下文的RNN 序列建模??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????117
5．3 雙向RNN ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????119
5．4 基于編碼-解碼的序列到序列架構(gòu)??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．121
5．5 深度RNN ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．123
5．6 遞歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．124
5．7 長(zhǎng)期依賴的挑戰(zhàn)????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．126
5．8 回聲狀態(tài)網(wǎng)絡(luò)????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．128
5．9 滲漏單元和其他多時(shí)間尺度的策略????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．130
5．9．1 時(shí)間維度的跳躍連接??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．130
5．9．2 滲漏單元和一系列時(shí)間尺度??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．131
5．9．3 刪除連接????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．131
5．10 長(zhǎng)短期記憶和其他門(mén)控RNN ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．132
5．10．1 長(zhǎng)短期記憶????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．133
5．10．2 其他門(mén)控RNN??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．135
5．11 優(yōu)化長(zhǎng)期依賴????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．136
5．11．1 截?cái)嗵荻????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．136
5．11．2 引導(dǎo)信息流的正則化??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．138
5．12 外顯記憶????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．139
5．13 小結(jié)??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．142
本章參考文獻(xiàn)????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．142
第6 章 深度學(xué)習(xí)框架和平臺(tái)的分析與對(duì)比????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．148
6．1 概述??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．148
6．2 深度學(xué)習(xí)框架????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．151
6．2．1 TensorFlow??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．152
6．2．2 Caffe ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．156
6．2．3 PyTorch ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．162
6．2．4 CNTK??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．164
6．2．5 MXNet ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．166
6．3 深度學(xué)習(xí)框架的分析與對(duì)比??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．169
6．3．1 總體分析????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．169
6．3．2 深度學(xué)習(xí)框架的對(duì)比??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．170
6．3．3 深度學(xué)習(xí)框架對(duì)硬件的利用情況????????????????????????????????????????????????????????????????????????．178
6．4 深度學(xué)習(xí)平臺(tái)????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．180
6．4．1 華為深度學(xué)習(xí)服務(wù)DLS ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．180
6．4．2 阿里深度學(xué)習(xí)開(kāi)發(fā)平臺(tái)X-DeepLearning ????????????????????????????????????????????????．184
6．4．3 百度深度學(xué)習(xí)開(kāi)發(fā)平臺(tái)PAddle??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．189
6．4．4 幾種平臺(tái)的對(duì)比????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．191
6．5 小結(jié)??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．192