前沿技术 | 网络安全攻防人机大战 人工智能依旧不敌人类
网络安全攻防人机大战
人工智能依旧不敌人类
2016年8月5日，全球瞩目的第24届黑客攻防夺旗大赛Defcon CTF在美国拉斯维加斯开幕。此次最具亮点的，就是参与的15支队伍中，有一支是机器人系统Mayhem，它与其他的14支人类组成的CTF团队，在CGC（网络超级挑战赛，简称CGC）平台上比拼查找漏洞、利用漏洞和修补漏洞的速度。
这次的Defcon比赛主题是：Rise of the Machines。CTF参赛的14支人类队伍和机器人队伍Mayhem必须一起在CGC的开发平台上DECREE比赛找漏洞的速度。
在Defcon CTF首日比赛中，机器人Mayhem一直排名末位，到第二天，Mayhem虽然击败了两支人类队伍，但是排名仍然靠后，这一状况一直持续到7日比赛结束。最终，人类团队美国卡内基梅隆大学的PPP战队、来自中国的蓝莲花团队与上海交大0ops团队联合组成的b1o0ps战队，以及来自韩国的DEFKOR战队分列大赛前三名。
这次比赛对于安全领域的意义类似于1970年的首届机器国际象棋比赛，虽然CGC的人工智能系统初期表现还没有迹象能够全面超越人类黑客的能力，但自动系统用于安全攻防实践将加快到来，就像无人驾驶技术在美国国防部先进项目研究局（DARPA）举办了三届超级挑战赛之后，其技术成熟程度突飞猛进。
➤ 全球第一次机器人漏洞修补比赛
Mayhem是在由美国国防部先进项目研究局（DARPA）推出的CGC（Cyber Grand Challenge）网络超级挑战赛（或自动化攻防比赛）中胜出的机器人系统，由卡内基美隆大学组成的新创团队ForAllSecure设计。
CGC于2013年发起，是一个全球性网络安全竞赛，目的在于提升利用人工智能进行网络攻防的能力。当软件和系统有越来越多的漏洞时，人工找寻和修补漏洞的能力远远落后于机器的速度，遇到计算机故障生成成百上千条崩溃报告时，这项工作就变得尤其艰巨，2003年的SQL slammer蠕虫在短短10分钟内就感染7万多台电脑，要解决这样的问题，需要靠计算机的自动化工具。因此，DARPA启动了CGC计划，希望研发出一套自动分析、挖掘和利用系统漏洞以及自动修补系统漏洞的CRS系统（Cyber Reasoning System，网络决策推理系统），从而改进人工智能系统对漏洞的检测与防御能力。也就是说，这是机器与机器之间的较量，是全球第一次利用机器人进行网络攻防的比赛。
参与CGC决赛的机器战队之一CodeJitsu的共同领队张超博士在现场接受采访
CGC比赛从2013年10月开始报名，经过3场初赛，在2015年8月的Defcon中，宣布最终入围的7个队伍，包括：由加州伯克利大学Dawn Song教授带领的CodeJitsu团队所设计的Galactica机器人；由卡内基美隆大学David Brumley教授创立的新创公司ForAllSecure设计的Mayhem机器人；由程序分析公司GrammaTech和维吉尼亚大学组队的TECHx所设计的Xandra机器人；由爱德华大学计算机系的教授Jim Alves-Foss及其博士后研究员Jia Song组成的两人团队CSDS所设计的Jima机器人；美国国防公司Raytheon（雷神）组成的DeepRed设计出的Rubeus机器人；乔治亚大学学术理论分析人员和CTF选手组成的四人小组disekt所设计的Crspy机器人；以及加州大学圣塔芭芭拉分校的学生组成的Shellphish所设计的machaPhish等七队机器人，其中Shellphish和卡内基梅隆大学的队伍是同时参与CGC比赛且入围Defcon CTF比赛的队伍。
2016年8月4日，CGC比赛的决赛正式在拉斯维加斯举行，此次决赛主要是希望解决现实社会中难以解决的零时差（Zero Day）漏洞的问题，通过即时的自动化网络防御系统，可以通过系统自动化找出漏洞并且完成修补，真正做到降低这种零时差漏洞对系统和使用者带来的损害。这次CGC的比赛，以内存破坏类型的软件漏洞为主，比如常见的缓冲区溢位（Buffer Over Flow）、Format String Error等。
所有的过程和步骤，都要求做到全程自动化，因此，现场只能看到7台机器的无声较量，95轮的比赛均由两个解说员进行全程解说，7支研发机器人系统的团队成员在一旁观战。
最终，由卡内基美隆大学成员组成的新创公司ForAllSecure推出的Mayhem机器人（Bot）胜出，并获得200万美元的奖金。第二名为TECHx的Xandra机器人，奖金为100万美元。第三名为Shellphish的Mechaphish机器人，奖金75万美元。
值得一提的是，七支入围决赛的机器战队中，有多名华人的面孔。如disekt的领队乔治亚大学李康教授，CodeJitsu领队为加州大学伯克利分校的宋晓东教授，以及共同领队张超博士和战队成员清华大学杨坤，Shellphish战队的fish原是清华大学的王若愚等，并且他们大多与国内著名CTF战队百度-蓝莲花有关。
➤ 机器人如何保护网络安全
这七个机器人系统可以使用相关的自动化和漏洞修补技术包括：动态分析（Dynamic Analysis）、静态分析（Static Analysis）、符号执行（Symbolic Execution）、约束求解、数据流跟踪技术（Data Flow Tracking）以及模糊测试（Fuzz Testing）等，并和其他半自动化技术搭配，开发出一整套全自动的网络决策推理系统（Cyber Reasoning System，CRS）。决赛中，各CRS系统需要针对所有待测试的各种漏洞，也包括曾经对于全球网站造成极大冲击的Heartbleed漏洞进行分析，不仅要自动推论出目标程序的漏洞所在位置，也必须要能触发对手系统中的该漏洞以证明漏洞的存在，最后，则必须要自动化修补该漏洞，并防止其他队伍的攻击。
总决赛开始时，每个参赛的人工智能系统被置身于一个受控的封闭环境中。每个系统负责维护自己的所有服务，使其可用性不受影响，同时发掘和修补服务中存在的漏洞，并且攻击对手系统的服务中的漏洞。为了攻击对手，这些参赛的系统需要分析所有服务中存在的漏洞。一旦发现漏洞，CRS系统需要进一步生成攻击样本攻击对手系统。经证实对手服务器确实存在报告的漏洞后就能得分。同理，如果自身的服务被对手系统攻击成功将被扣分。因此，这些人工智能系统还必须同时对自身进行网络防御，保护服务器不受对手的攻击。
为了将网络安全人工智能系统用于打击恶意行为，此次大赛的成果以及参赛软件以开源形式公开，开源软件使得各种漏洞或漏洞利用程序更容易被网民发现和修复。并且，这种开放性也是为了防范对人工智能技术“恶意滥用”。
此次比赛的负责人Walker未对人工智能系统可能带来的网络安全益处进行预测，但他指出，商业软件的各种网络安全进步同样也将给美国军事带来益处，因为后者一般依赖于这种现成的成果。
➤ 机器人较量背后的投入
决赛阶段从2015年7月末开始，七支通过预赛进入决赛的队伍均获得DARPA的奖金和计算资源资助。挑战的内容是：在更贴近实际网络攻防的对战环境中，自动化地挖掘漏洞并生成利用程序（exploit）攻击其他队伍，同时自动化地防护自己队伍的程序，包括系统和网络层面防护。
DARPA官方为每个参赛队伍提供的计算资源总价值达60万美元：每个独立的HPC包含64个节点，每个节点包括20 Xeon cores、256GB of RAM、2TB of storage，总计：1280 Xeon cores，16384GB of RAM，以及128TB的存储。
据了解，DARPA为CGC项目共投入5500万美元，除上述各队伍的HPC服务器之外，还包括预赛阶段各队伍资助金额825万美元，决赛资助金额525万美元，决赛奖金375万美元，以及其他平台和赛题开发费用、项目管理费用等。
（本文汇编自天极网、人工智能快报、安全牛等编译及原创文章，CodeJitsu队伍的共同领队张超博士亦对本文有贡献。）
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