EP4544450A1 - Verfahren zum trainieren eines neuronalen netzes zum klassifizieren von dateien in dateiklassen, verfahren zum klassifizieren von dateien in dateiklassen sowie dateiklassifizierungseinrichtung - Google Patents

Verfahren zum trainieren eines neuronalen netzes zum klassifizieren von dateien in dateiklassen, verfahren zum klassifizieren von dateien in dateiklassen sowie dateiklassifizierungseinrichtung

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Publication number
EP4544450A1
EP4544450A1 EP23753806.1A EP23753806A EP4544450A1 EP 4544450 A1 EP4544450 A1 EP 4544450A1 EP 23753806 A EP23753806 A EP 23753806A EP 4544450 A1 EP4544450 A1 EP 4544450A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
file
neural network
bif
files
class
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP23753806.1A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Johannes Zwanzger
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Siemens Corp
Original Assignee
Siemens AG
Siemens Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG, Siemens Corp filed Critical Siemens AG
Publication of EP4544450A1 publication Critical patent/EP4544450A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • G06—COMPUTING OR CALCULATING; COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F21/00—Security arrangements for protecting computers, components thereof, programs or data against unauthorised activity
    • G06F21/50—Monitoring users, programs or devices to maintain the integrity of platforms, e.g. of processors, firmware or operating systems
    • G06F21/55—Detecting local intrusion or implementing counter-measures
    • G06F21/552—Detecting local intrusion or implementing counter-measures involving long-term monitoring or reporting
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING OR CALCULATING; COUNTING
    • G06N—COMPUTING ARRANGEMENTS BASED ON SPECIFIC COMPUTATIONAL MODELS
    • G06N3/00—Computing arrangements based on biological models
    • G06N3/02—Neural networks
    • G06N3/04—Architecture, e.g. interconnection topology
    • G06N3/044—Recurrent networks, e.g. Hopfield networks
    • G—PHYSICS
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    • G06N—COMPUTING ARRANGEMENTS BASED ON SPECIFIC COMPUTATIONAL MODELS
    • G06N3/00—Computing arrangements based on biological models
    • G06N3/02—Neural networks
    • G06N3/04—Architecture, e.g. interconnection topology
    • G06N3/045—Combinations of networks
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING OR CALCULATING; COUNTING
    • G06N—COMPUTING ARRANGEMENTS BASED ON SPECIFIC COMPUTATIONAL MODELS
    • G06N3/00—Computing arrangements based on biological models
    • G06N3/02—Neural networks
    • G06N3/08—Learning methods
    • G06N3/09—Supervised learning

Definitions

  • the invention relates to a method for training a neural network to classify files into file classes, a method for classifying files into file classes and a file classification device.
  • Information and/or functional security regularly faces the task of classifying files.
  • malicious code can be hidden in a file using a protection tool.
  • a detected previous application of a protection tool to a file can therefore indicate a compromise in IT security.
  • a classification of files can reveal in particular whether such a protection tool was used or not.
  • a file can be protected with security tools or left unprotected.
  • such classification into file classes is regularly necessary.
  • Classifying files also referred to as classifying files in the context of the present application, means the assignment of a file to exactly one of two or more predetermined file classes. In the case of exactly two file classes, this is called binary classification, otherwise it is called multinomial classification.
  • file classes can either form endpoints of a continuous scale, such as a continuous scale between the "large file” and "small file” endpoints in file length classification, with in this example a clear, unambiguous classification only in the end ranges of the continuous scale is possible.
  • a clear classification can also be made based on information about the presence or absence of a certain property: a property is either present or the property is not present.
  • Such a property can be the property “File contains ASCII text”, which is either present or not present.
  • the file classes can be classified into more than two file classes. Preselected file types can form such file classes, such as the file types “Excel file”, “PDF file” and “JPEG file”.
  • neural networks can also be used to classify files. But neural networks also rely on the recognition of such strings with continued training, so that the use of neural networks does not have any significant advantage in this respect.
  • test files are used, which are each assigned to a file class, with the test files being broken down into bit sequences that remain assigned to the previously assigned file class and the neural network being trained with the bit sequences.
  • neural networks can be advantageously used, unlike what was previously known, for a very flexible recognition of file classes by training neural networks appropriately with test files.
  • the test files i.e. H. the training files
  • the neural network is specifically trained to classify the contents of the test files based on general structural features, such as “a comma occurs in the file at more or less regular intervals”.
  • the neural network can therefore Do not rely on rigid patterns, which can no longer or at least no longer be reliably recognized when this pattern changes, for example as a result of an adaptation of a file format as a result of new file versions or new file standards.
  • the classification rather remains stable against changes that at a point in time after training in the file formats, as long as at least the basic structure of the file contents is preserved.
  • a conventional classification on the other hand, which only looks for the string '%PDF' at the beginning of the file, only works perfectly for as long as the string appears there in exactly this form. However, if this string is only changed minimally in a new version of the format or moved to a different location, it will work Detection rule no longer exists at all.
  • a first neural network can therefore be trained in a significantly improved manner compared to the prior art.
  • the neural network trained in this way is advantageously designed for flexible classification that is less susceptible to adjustments to file formats.
  • the neural network can therefore be trained significantly more efficiently using the method according to the invention and the neural network trained using the method according to the invention functions significantly more error-free.
  • the training files are completely broken down into bit sequences.
  • each bit of the training files is expediently included in at least one bit sequence with which the neural network is trained. In this way, all information contained in the training files is used to train the neural network.
  • the neural network is expediently trained with the bit sequences in a disordered sequence, in particular in a randomized sequence. This prevents the neural network from interpreting the succession of the bit sequences as information and consequently from assigning this sequence of bit sequences a meaning that can influence the classification by means of the neural network.
  • the disordered, in particular randomized, sequence the sequence does not form a pattern that can be evaluated by the neural network. Instead, the neural network is trained to use more general structural features that can be recognized in the bit sequence for classification.
  • the neural network is a recurrent first neural network, ie such a first neural network, which is known in English as a “recurrent neural network”.
  • a “recurrent neural network” has a type of “memory”. and thus has the possibility of a previous one Number of bits of a bit sequence to be included in the classification decision for the current bit sequence. This makes it possible in particular to apply the neural network to bit sequences of any length, instead of being limited from the outset to bit sequences of fixed length due to its input format.
  • bit sequences during training would require the network to independently learn any structural connection between successive bits for each position within the fixed block length, whereas when using recurrent networks there is a priori connection with the local context, i.e. with the “history.” ” of the last bit sequences is learned, regardless of the exact position of the current bit sequence within the file.
  • a first neural network is used, which is or is being trained according to a method according to the invention for training a neural network for classifying files into file classes, as described above, and it will be The method uses at least two different excerpts from the file in the form of bit sequences and the bit sequences are each classified into candidate file classes using the first neural network and a file class is determined depending on the candidate file classes. Since, according to the invention, a first neural network trained by means of the method according to the invention for training a first neural network for classifying files into file classes is used, the method according to the invention advantageously enables a flexible, i.e. H. Classification of files that is robust to adjustments to a respective file format is possible.
  • the files are preferably completely broken down into bit sequences. This means that all information contained in a file is used to classify the file. The reliability of the class sification of the file is further improved in this development of the method according to the invention.
  • the classification is carried out for several different bit sequences of at least one file, the bit sequences taken together preferably forming the at least one file.
  • the information content of the file can be better utilized.
  • the entire available content of the file is used for classification.
  • the candidate file classes into which the bit sequences are classified are determined together with the position of the respective bit sequence within the file. In this way, the position of the bit sequence can be used as additional information when finally classifying the file.
  • the file class i.e. H. the end result of the classification method based on the candidate file classes is suitably determined in such a way that, for each file, the candidate file class into which the most bit sequences are classified is determined as the file class for this file.
  • the file class is preferably determined in such a way that, for each candidate file class, a measure of whether the bit sequence belongs to this candidate file class, which the first neural network assigns to the bit sequence, is determined and is used to determine the file class.
  • Such a measure of whether the bit sequence belongs to this candidate file class can also be referred to as a classification value.
  • the classification value usually forms a number between 0 and 1 and indicates a clear assignment to the respective candidate file class, for example using a value closer to 0 or closer to 1, while an unclear assignment is often expressed using values close to 0.5.
  • Such a measure for the membership of the bit sequence to this candidate file class can preferably be determined and used in the form of an average value, in particular in the form of an arithmetic mean or a geometric mean or a square mean, for the several bit sequences of the file.
  • a course of this measure for the membership of bit sequences to the candidate file class can be determined along their position within the file and used to determine the file class. In particular, an accumulation of values of the measure at certain positions of the bit sequences and/or local deviations and/or statistical abnormalities of values of this measure can be determined based on the course and used to determine the file class.
  • the file class is determined by means of a second neural network, to which, for each bit sequence, preferably the candidate file class into which it has been classified by the first neural network and / or for each candidate file class a measure of the membership of the bit sequence
  • This candidate file class which assigns the first neural network to the bit sequence, preferably together with the position, is transmitted as input data.
  • the file classification device has at least one first neural network, which has been trained by means of a method according to the invention for training a neural network for classifying files into file classes, as described above, and/or which is designed to have at least one method according to the invention for classifying a file in file classes as described above.
  • the file classification device is used to use an IT security property of files, which has an impact on data and / or functional security of an automation system using the files, as a file class and depending on the File class into which the file classification device classifies the file to take an IT security measure.
  • the automation system is particularly preferably a manufacturing system.
  • the IT security measure is expediently providing the file with a desired IT security property if the classification using the file classification device shows that the file does not have the desired IT security property or a restriction of access rights when using or executing the file or a strengthened one Monitoring the use or execution of the file if it does not have the desired IT security properties.
  • malicious code may be obfuscated in a file using a protection tool.
  • a detected previous application of a protection tool to a file can therefore mean a compromise in IT security. Consequently, in a particularly advantageous development of the invention, it is viewed as the desired IT security property of a file that such a protection tool has not been previously applied to this file.
  • the invention can alternatively also be described as a method for increasing the IT security of an automation and/or manufacturing system, in which a security property of the file is determined by means of the classification of the file and based on the security property determined in the automation and/or An IT security measure is taken at the manufacturing plant.
  • the classification takes place tion of the one or more files by means of a method according to the invention for classifying at least one file into file classes as described above and/or by means of a file classification device according to the invention as described above, the method having an IT security feature the one or more files is used as one of the file classes and, depending on the file class into which the one or more files are classified, an IT security measure is taken.
  • the IT security is expediently a functional security and/or a data security and/or the IT security property has an impact on the data and/or functional security of the automation system using the one or more files.
  • the one or more files are configuration files and/or control files of the automation and/or manufacturing system.
  • the security measure is to provide the one or more files with a desired IT security feature as described above or to restrict access rights when using or executing the one or more files or to increase monitoring the use or execution of one or more files if they do not have the desired IT security properties.
  • malicious code may be hidden in a file using a protection tool. A detected previous application of a protection tool to a file can therefore mean a compromise in IT security.
  • Fig. 1 in a flow diagram for the process of the method according to the invention for training a neural network for classifying file types in a schematic drawing and
  • Fig. 2 shows a file classification device according to the invention schematically in a schematic diagram.
  • a first neural network NN is trained to classify file types.
  • training data TRAINO, TRAIN1 are passed to the neural network NN as input data, for which the neural network NN is to determine and output an associated classification in the form of file classes CLAO, CLA1 as the respective output data.
  • the neural network NN should be able to sort unknown files FIL (see Fig. 2) into the file classes CLAO, CLA1.
  • the neural network is created with the help of a training data set TRAINO from training files x ul , x u2 , x u3 , which are all assigned to the file class CLAO, and with the help of a training data set TRAIN1 from training data x pl , x p2 , assigned to the file class CLA1.
  • Each training example therefore consists of a training file x ul , x u2 , x u3 , x pl , x p2 , x p3 and a label in the form of the file class CLAO, CLA1, where the file class CLAO, CLAO has a value of 0 or 1 in the illustrated exemplary embodiment and specifies the file class to which a training file x ul , x u2 , x u3 , x pl , x p2 , x p3 must be assigned if the classification is correct.
  • the procedure for training the neural network NN such as withholding a small part of the training data for validation purposes, follows usual standards in a manner known per se and will not be explained further here.
  • a previous application of a protection tool to an executable binary file is to be recognized.
  • Using the protection tool would allow malicious code to be hidden in the file, potentially posing a security risk to a device or system on which the file is intended to be used.
  • the training data sets TRAINO, TRAIN1 are provided in such a way that the protection tool is not initially applied to a data set x lr Binaries result and on the other hand the protection tool is applied to the data set x 2 , x 2 , x 3 , which creates the protected training files x pl , x p2 , x p3 , which also form binaries.
  • the training data set TRAINO therefore includes the training files x ul , x u2 , x u3 together with the file class CLAO with the label "0", indicating that these are unprotected training files.
  • the training data set TRAIN1 includes the training data x pl , x p2 , x p3 together with the file class CLA1 with the label “1” (protected).
  • the training data sets TRAINO, TRAIN1 can also be obtained in a different way.
  • the training data set of a file class CLA1 it is not necessary for the training data set of a file class CLA1 to be based on the training data set of the other file class CLAO.
  • the special feature of the method presented lies in the preparation of the training files x ul , x u2 , x u3 , x pl , x p2 , x p3 in such a way that the neural network NN strengthens its judgment on structural properties of the file contents of the training files x ul , x u2 , x u3 , x pl , x p2 , x p3 has to align and cannot rely on very specific patterns of the certain file types CLAO, CLA1, such as "the third byte always has the value 17".
  • All training files x ul , x u2 , x u3 , x pl , x p2 , x p3 from the common training data set T are each divided into shorter bit sequences BIF.
  • the division can be done with a uniform length, here for example 1 kilobyte, or with a variable length for each bit sequence BIF. If the division at the end of a training file x u2 , x u2 , x u3 , x p2 , x p2 , x p3, for example, can be discarded or filled with dummy bits, for example zero bits.
  • the shortened bit sequences BIF together with the labels for the file classes CLAO, CLA1 belonging to their respective training files x ul , x u2 , x u3 , x pl , x p2 , x p3 , from which the bit sequences BIF come from, are added to the set of final training pairs assembled;
  • the set of final training pairs therefore contains all pairs of bit sequences BIF and labels for the file classes CLAO, CLA1 for all training examples of the common training data set T.
  • the order in which the bit sequences BIF and the associated labels are presented to the neural network during training becomes then - as usual - randomized at the beginning of each training epoch.
  • the main advantage is that the neural network NN usually does not present a single file "as a whole". rather, the network receives individual files only limited to the length of the individual bit sequences BIF and not in the correct order, but rather in any order. Therefore, the neural network NN cannot rely on the presence of specific values at certain positions of a file to classify the files and must instead use more general structural features that can be seen in the section of a bit sequence BIF for the classification.
  • the neural network NN is presented with a larger number of labels, i.e. assigned file classes CLAO, CLA1, with the same total amount of input data, namely one label per bit sequence BIF instead of one per file Data set x lr x 2 , x 3 .
  • the bytes within the bit sequences BIF are not passed to the input layer of the neural network NN both during training and in later use as ordinal values between 0 and 255, but as a sequence of 8 bits each with values between 0 and 1. Otherwise, distortions would arise because higher-order bits of a byte receive an excessive share of the activation of an input neuron and, conversely, lower-order bits receive too little. Patterns in low-value bits that are significant in and of themselves could then be lost in the high random noise of higher-value bits.
  • the neural network NN is a so-called “recurrent neural network”, also referred to as a recurrent network, which has a type of “memory” and thus the possibility of including previous bytes BIF of a bit sequence in the classification decision for the current byte.
  • recurrent neural network also referred to as a recurrent network
  • bit- Following BIF of fixed length during training means that the neural network has to independently learn every structural connection between successive bits of the file for each position within the specified block length, while when using a recurrent neural network NN there is a connection with the local context from the outset, ie the “history” of the last bytes is learned, regardless of the exact position of the current byte.
  • the exemplary embodiment shown can be expanded in a further exemplary embodiment in such a way that the application of the neural network NN to the input data in the form of the file of the data record EIL provides a continuous classification process OB(t) over the entire file FIL, in which the output of the neural Network is held at position t after each byte BIF of the file FIL.
  • the input data of the neural network NN can consist of a different number of bits, for example consisting of only a single bit instead of 8 bits for a byte BIF, so that even a bit-precise output OB (t). where t denotes the bit position within the file FIL.
  • a final classification function f (OB (t) ) is then applied to the classification curve OB(t) determined by the network for the measure of the membership of the bit sequence to this candidate file class, which is determined for each bit sequence BIF within the file FIL.
  • This classification function f (OB (t) ) can be realized, for example, as an averaging in the manner of an arithmetic mean or in the identification of a specific local cluster of strongly deviating values of the classification process or in the identification of a local cluster of similar values of the classification process.
  • the classification can also be implemented using a further neural network NN2 (see FIG. 2): For example, the further neural network NN2 is trained to to assign the correct label CLAO, CLA1 to the classification history OB (t) output by the first neural network NN.
  • the classification device CLAS shown in FIG. 2 uses the training of the first neural network NN described in the previous exemplary embodiments, which transfers the classification process OB(t) to the second neural network NN2.
  • the second neural network NN2 determines the final file class from this, CLAO in the case shown, and transmits the file class CLAO to an action device MEA.
  • the files FIL which are supplied to the first neural network NN for classification, are read from a memory of a manufacturing device MANU of a manufacturing plant.
  • the MANU manufacturing facility uses the FIL files for production control.
  • the MEA action facility takes action depending on the file class determined, i.e. H. depending on the judgment of the classification facility CLAS, an application of a protection function to the file FIL. If the classification device CLAS determines that a protection tool has been applied to the FIL file, which could potentially conceal malicious code introduced into the FIL file, the protection function is applied.
  • the protective function is provided by isolating the FIL file in a secure environment and intensive monitoring of the use of the FIL file. If it is detected that no protection tool has been applied to the FIL file, the security function will not be used. Accordingly, the invention can alternatively be described as an application or method for increasing the IT security of a manufacturing plant.

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Abstract

Bei dem Verfahren zum Trainieren eines neuronalen Netzes (NN) zum Klassifizieren von Dateien (FIL) in Dateiklassen (CLA0, CLA1) wird eine Mehrzahl von Testdateien (xu1, xu2, xu3, xp1, xp2, xp3) herangezogen, welche jeweils einer Dateiklasse zugeordnet sind, wobei die Testdateien (xu1, xu2, xu3, xp1, xp2, xp3) jeweils in Bitfolgen (BIF) zerlegt werden, die der zuvor zugeordneten Dateiklasse (CLA0, CLA1) zugeordnet bleiben, wobei das neuronale Netz (NN) mit den Bitfolgen (BIF) trainiert wird. Bei dem Verfahren zum Klassifizieren mindestens einer Datei (FIL) in Dateiklassen wird ein neuronales Netz (NN) herangezogen, welches nach einem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche trainiert ist oder wird und aus der Datei (FIL) werden mindestens zwei unterschiedliche Ausschnitte in Form von Bitfolgen (BIF) herangezogen und die Bitfolgen (BIF) mit dem neuronalen Netz (NN) jeweils in Kandidatendateiklassen klassifiziert und abhängig von den Kandidatendateiklassen wird eine Dateiklasse (CLA0, CLA1) bestimmt. Die Dateiklassifizierungseinrichtung weist mindestens ein erstes neuronales Netz (NN) auf, welches mittels eines Verfahrens zum Trainieren eines neuronalen Netzes (NN) zur Klassifizierung von Dateien (FIL) in Dateiklassen (CLA0, CLA1) trainiert worden ist und/oder welches ausgebildet ist, ein Verfahren zum Klassifizieren mindestens einer Datei (FIL) in Dateiklassen auszuführen.

Description

Beschreibung
Verfahren zum Trainieren eines neuronalen Netzes zum Klassifizieren von Dateien in Dateiklassen, Verfahren zum Klassifizieren von Dateien in Dateiklassen sowie Dateiklassifizierungseinrichtung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Trainieren eines neuronalen Netzes zum Klassifizieren von Dateien in Dateiklassen, ein Verfahren zum Klassifizieren von Dateien in Dateiklassen sowie eine Dateiklassifizierungseinrichtung.
Insbesondere im Bereich der IT-Sicherheit, d. h. der Informations- und/oder Funktionssicherheit, stellt sich regelmäßig die Aufgabe, Dateien zu klassifizieren. So kann etwa Schadcode in einer Datei mit einem Schutztool verschleiert sein. Somit kann eine erkannte vorherige Anwendung eines Schutztools auf eine Datei auf eine Beeinträchtigung der IT- Sicherheit hindeuten. Eine Klassifizierung von Dateien kann insbesondere aufdecken, ob ein solches Schutztool zum Einsatz kam oder nicht. So kann eine Datei mit Sicherheitstools geschützt werden oder ungeschützt verbleiben. Zur Verarbeitung solcher Dateien, etwa im Bereich von Fertigungs- und/oder Automatisierungsanlagen, ist ein solches Klassifizieren in Dateiklassen regelmäßig erforderlich.
Unter einem Klassifizieren von Dateien, im Rahmen der vorliegenden Anmeldung auch als Klassifikation von Dateien bezeichnet, versteht man die Zuordnung einer Datei zu genau einer von zwei oder mehr vorgegebenen Dateiklassen. Im Fall von genau zwei Dateiklassen spricht man von einem binären Klassifizieren, andernfalls von einer multinomialen Klassifikation. Beim binären Klassifizieren können Dateiklassen entweder Endpunkte einer kontinuierlichen Skala bilden, etwa einer kontinuierlichen Skala zwischen den Endpunkten „große Datei” und „kleine Datei” bei der Klassifikation von Dateilängen, wobei in diesem Beispiel eine klare, eindeutige Klassifizierung nur in den Endbereichen der kontinuierlichen Skala möglich ist. Es kann aber auch eine eindeutige Klassifizierung anhand einer Information über das Vorhandensein oder die Abwesenheit einer bestimmten Eigenschaft erfolgen: eine Eigenschaft liegt also entweder vor oder die Eigenschaft liegt nicht vor. Eine solche Eigenschaft kann etwa die Eigenschaft „Datei enthält ASCII-Text” sein, welche entweder vorliegt oder nicht vorliegt. Beim multinomialen Klassifizieren können die Dateiklassen in mehr als zwei Dateiklassen eingeordnet werden. So können vorausgewählte Dateitypen solche Dateiklassen bilden, etwa die Dateitypen „Excel-Datei” , „PDF-Datei” und „JPEG- Datei" .
Es ist bekannt, ein solches Klassifizieren derart durchzuführen, dass die zu klassifizierende Datei nach dem String '%PDF' am Anfang der Datei sucht. Ein solches Klassifizieren ist perfekt möglich, solange der String in der Datei in genau dieser Ausprägung vorkommt. Bei neuen Versionen von Dateitypen allerdings können sich solche Strings geringfügig ändern. Bei einer Änderung von Strings jedoch funktioniert ein solches Klassifizieren nicht mehr.
Grundsätzlich können auch neuronale Netze zum Klassifizieren von Dateien eingesetzt werden. Aber auch neuronale Netze stellen bei fortgesetztem Training auf eine Erkennung solcher Strings ab, sodass der Einsatz von neuronalen Netzen insoweit keinen nennenswerten Vorteil aufweist.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes Verfahren zum Trainieren eines neuronalen Netzes zum Klassifizieren von Dateien in Dateiklassen sowie ein verbessertes Verfahren zum Klassifizieren von Dateien in Dateiklassen zu schaffen und eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Dateiklassifizierungseinrichtung anzugeben.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Trainieren eines neuronalen Netzes zur Klassifizierung von Dateien in Dateiklassen wird eine Mehrzahl von Testdateien herangezogen, welche jeweils einer Dateiklasse zugeordnet sind, wobei die Testdateien jeweils in Bitfolgen zerlegt werden, die der zuvor zugeordneten Dateiklasse zugeordnet bleiben und das neuronale Netz mit den Bitfolgen trainiert wird.
Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens können neuronale Netze anders als bislang bekannt vorteilhaft zu einem sehr flexiblen Erkennen von Dateiklassen eingesetzt werden, indem neuronale Netze geeignet mit Testdateien trainiert werden. Erfindungsgemäß werden die Testdateien, d. h. die Trainingsdateien, vorteilhaft derart aufbereitet, dass das neuronale Netz sein Urteil nicht auf sehr spezielle, starr definierte Muster in den Inhalten der Testdateien, etwa der Art „das dritte Byte hat immer den Wert 17" ausrichten muss. Vielmehr richtet sich das neuronale Netz deutlich stärker als bislang bekannt auf strukturelle Eigenschaften der Inhalte der Testinhalte aus .
Mittels der erfindungsgemäß in Bitfolgen zerlegten Testdateien wird das neuronale Netz gezielt daraufhin trainiert, die Inhalte der Testdateien anhand allgemeiner struktureller Merkmale, wie etwa „in mehr oder weniger regelmäßigen Abständen kommt in der Datei ein Komma vor" zu klassifizieren. Erfindungsgemäß kann daher das neuronale Netz nicht auf starre Muster abstellen, welche bei einer Änderung dieses Musters, etwa infolge einer Anpassung eines Dateiformats infolge neuer Dateiversionen oder neuen Dateistandards, nicht mehr oder zumindest nicht mehr zuverlässig erkannt werden können. Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens bleibt die Klassifikation vielmehr stabil gegenüber Änderungen, die zu einem Zeitpunkt nach dem Training in den Dateiformaten vorgenommen werden, solange zumindest die grundsätzliche Struktur der Dateiinhalte erhalten bleibt. Eine herkömmliche Klassifikation dagegen, die etwa nur nach dem String '%PDF' am Anfang der Datei sucht, funktioniert nur so lange perfekt, solange der String dort in genau dieser Ausprägung vorkommt. Wird dieser String in einer neuen Version des Formates aber nur minimal verändert oder an eine andere Stelle verschoben, funktioniert die Erkennungsregel überhaupt nicht mehr. Erfindungsgemäß kann ein erstes neuronales Netz daher deutlich gegenüber dem Stand der Technik verbessert trainiert werden. Das derart trainierte neuronale Netz ist vorteilhaft für ein flexibles, gegenüber Anpassungen von Dateiformaten wenig anfälliges, Klassifizieren ausgebildet. Das neuronale Netz ist also mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens deutlich effizienter trainierbar und das mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens trainierte neuronale Netz funktioniert deutlich fehlerfreier.
Vorzugsweise werden bei dem Verfahren gemäß der Erfindung die Trainingsdateien vollständig in Bitfolgen zerlegt. Mit anderen Worten geht zweckmäßig jedes Bit der Trainingsdateien in mindestens eine Bitfolge, mit der das neuronale Netz trainiert wird, ein. Auf diese Weise werden sämtliche Information, welche die Trainingsdateien enthalten, zum Trainieren des neuronalen Netzes herangezogen.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird das neuronale Netz zweckmäßig mit den Bitfolgen in ungeordneter Aufeinanderfolge, insbesondere in randomisierter Aufeinanderfolge, trainiert. Auf diese Weise wird verhindert, dass das neuronale Netz die Aufeinanderfolge der Bitfolgen aufeinander als Information interpretiert und folglich dieser Aufeinanderfolge der Bitfolgen eine Bedeutung beimisst, die das Klassifizieren mittels des neuronalen Netzes beeinflussen kann. Mittels der ungeordneten, insbesondere randomisierten Aufeinanderfolge bildet die Aufeinanderfolge kein für das neuronale Netz auswertbares Muster. Stattdessen wird das neuronale Netz darauf trainiert, allgemeinere strukturelle Merkmale, die in der Bitfolge erkennbar sind, für das Klassifizieren heranziehen.
In einer bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist das neuronale Netz ein rekurrentes erstes neuronales Netz, d. h. ein solches erstes neuronales Netz, welches im Englischen als „recurrent neural network" bekannt ist. Ein solches „Recurrent Neural Network" weist eine Art „Gedächtnis" auf und besitzt somit die Möglichkeit, eine vorangehende Anzahl von Bits einer Bitfolge in die Klassifikationsentscheidung für die aktuelle Bitfolge eingehen zu lassen. Dies ermöglicht es insbesondere, das neuronale Netz auf Bitfolgen beliebiger Länge anzuwenden, statt aufgrund seines Inputformats von vornherein auf Bitfolgen fester Länge beschränkt zu sein. Außerdem würden Bitfolgen fester Länge beim Training dazu führen, dass das Netz jeden strukturellen Zusammenhang zwischen aufeinanderfolgenden Bits für jede Position innerhalb der festgelegten Blocklänge eigenständig lernen muss, während bei der Verwendung rekurrenter Netze von vornherein ein Zusammenhang mit dem lokalen Kontext, d. h. mit der „Vorgeschichte” der letzten Bitfolgen, unabhängig von der genauen Position der aktuellen Bitfolge innerhalb der Datei, gelernt wird .
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Klassifizieren mindestens einer Datei in Dateiklassen wird ein erstes neuronales Netz herangezogen, welches gemäß einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Trainieren eines neuronalen Netzes zur Klassifizierung von Dateien in Dateiklassen, wie es vorhergehend beschrieben ist, trainiert ist oder trainiert wird und es werden bei dem Verfahren aus der Datei mindestens zwei unterschiedliche Ausschnitte in Form von Bitfolgen herangezogen und die Bitfolgen werden jeweils mit dem ersten neuronalen Netz in Kandidatendateiklassen klassifiziert und abhängig von den Kandidatendateiklassen wird eine Dateiklasse bestimmt. Da erfindungsgemäß ein mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Trainieren eines ersten neuronalen Netzes zur Klassifizierung von Dateien in Dateiklassen trainiertes erstes neuronales Netz herangezogen wird, ist mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens vorteilhaft eine flexible, d. h. gegenüber Anpassungen eines jeweiligen Dateiformats robuste, Klassifizierung von Dateien möglich.
Bevorzugt werden bei dem Verfahren gemäß der Erfindung die Dateien vollständig in Bitfolgen zerlegt. Somit werden sämtliche in einer Datei enthaltene Informationen zum Klassifizieren der Datei herangezogen. Die Zuverlässigkeit des Klas- sifizierens der Datei wird in dieser Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens weiter verbessert.
In einer bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Klassifikation für mehrere unterschiedliche Bitfolgen der jeweils mindestens einen Datei unternommen, wobei die Bitfolgen zusammen genommen vorzugsweise die mindestens eine Datei bilden. Mittels der mehreren unterschiedlichen Bitfolgen kann der Informationsgehalt der Datei besser ausgeschöpft werden. Insbesondere in demjenigen Fall, in dem die mehreren unterschiedlichen Bitfolgen zusammengenommen die jeweilige Datei bilden, wird der gesamte zur Verfügung stehende Inhalt der Datei zum Klassifizieren herangezogen.
Bei dem Verfahren gemäß der Erfindung werden die Kandidatendateiklassen, in welche die Bitfolgen klassifiziert werden, zusammen mit der Position der jeweiligen Bitfolge innerhalb der Datei ermittelt. Auf diese Weise kann die Position der Bitfolge als zusätzliche Information beim finalen Klassifizieren der Datei herangezogen werden.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Dateiklasse, d. h. das auf den Kandidatendateiklassen beruhende Endergebnis des Verfahrens zum Klassifizieren, geeigneterweise derart bestimmt, dass für jeweils eine Datei diejenige Kandidatendateiklasse, in welche die meisten Bitfolgen klassifiziert werden, als Dateiklasse für diese Datei bestimmt wird.
Bei dem Verfahren gemäß der Erfindung wird vorzugsweise die Dateiklasse derart bestimmt, dass für jede Kandidatendateiklasse ein Maß für eine Zugehörigkeit der Bitfolge zu dieser Kandidatendateiklasse, die das erste neuronale Netz der Bitfolge zuordnet, ermittelt und zur Bestimmung der Dateiklasse herangezogen wird.
Ein solches Maß für eine Zugehörigkeit der Bitfolge zu dieser Kandidatendateiklasse kann auch als Klassifikationswert bezeichnet werden. Der Klassifikationswert bildet üblicherweise eine Zahl zwischen 0 und 1 und kennzeichnet eine klare Zuordnung zur jeweiligen Kandidatendateiklasse etwa mittels eines Wertes näher bei 0 oder näher bei 1, während eine unklare Zuordnung häufig mittels Werten nahe bei 0.5 ausgedrückt wird. Ein solches Maß für die Zugehörigkeit der Bitfolge zu dieser Kandidatendateiklasse kann vorzugsweise in der Art eines Durchschnittswerts, insbesondere in der Art eines arithmetischen Mittels oder eines geometrischen Mittels oder eines Quadratmittels, für die mehreren Bitfolgen der Datei ermittelt und herangezogen werden. Alternativ oder zusätzlich und ebenfalls bevorzugt kann ein Verlauf dieses Maßes für die Zugehörigkeit von Bitfolgen zur Kandidatendateiklasse entlang ihrer Position innerhalb der Datei ermittelt und zur Bestimmung der Dateiklasse herangezogen werden. Insbesondere kann anhand des Verlaufs eine Häufung von Werten des Maßes bei bestimmten Positionen der Bitfolgen und/oder lokale Abweichungen und/oder statistische Auffälligkeiten von Werten dieses Maßes ermittelt und zur Bestimmung der Dateiklasse herangezogen werden.
In einer besonders vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Dateiklasse mittels eines zweiten neuronalen Netzes bestimmt, dem für jede Bitfolge vorzugsweise die Kandidatendateiklasse, in die sie vom ersten neuronalen Netz klassifiziert worden ist und/oder für jede Kandidatendateiklasse ein Maß für die Zugehörigkeit der Bitfolge zu dieser Kandidatendateiklasse, die das erste neuronale Netz der Bitfolge zuordnet, vorzugsweise gemeinsam mit der Position, als Eingangsdaten übermittelt werden.
Die erfindungsgemäße Dateiklassifizierungseinrichtung weist mindestens ein erstes neuronales Netz auf, welches mittels eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Trainieren eines neuronalen Netzes zur Klassifizierung von Dateien in Dateiklassen, wie es vorhergehend beschrieben ist, trainiert worden ist und/oder welches ausgebildet ist, ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Klassifizieren mindestens einer Datei in Dateiklassen, wie es vorhergehend beschrieben ist, auszuführen. In einer bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wie vorhergehend beschrieben wird die Dateiklassifikationseinrichtung herangezogen, um eine IT-Sicherheitseigen- schaft von Dateien, welche Auswirkungen hat auf eine Daten- und/oder Funktions Sicherheit einer die Dateien nutzenden Automatisierungsanlage, als Dateiklasse heranzuziehen und abhängig von der Dateiklasse, in welche die Dateiklassifikationseinrichtung die Datei klassifiziert, eine IT-Sicherheitsmaßnahme zu ergreifen. Besonderes bevorzugt handelt es sich bei der Automatisierungsanlage um eine Fertigungsanlage. Zweckmäßig ist die IT-Sicherheitsmaßnahme ein Versehen der Datei mit einer angestrebten IT-Sicherheitseigenschaft, wenn das Klassifizieren mittels der Dateiklassifikationseinrichtung ergibt, dass die Datei die angestrebte IT- Sicherheitseigenschaft nicht aufweist oder eine Einschränkung von Zugriffsrechten bei einer Nutzung oder Ausführung der Datei oder eine verstärkte Überwachung bei der Nutzung oder der Ausführung der Datei, wenn diese die angestrebte IT- Sicherheitseigenschaft nicht aufweist. Insbesondere kann Schadcode in einer Datei mit einem Schutztool verschleiert sein. Somit kann eine erkannte vorherige Anwendung eines Schutztools auf eine Datei auf eine Beeinträchtigung der IT- Sicherheit bedeuten. Folglich wird es in einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung als angestrebte IT- Sicherheitseigenschaft einer Datei angesehen, dass eine vorherige Anwendung eines solchen Schutztools auf diese Datei nicht erfolgt ist. Entsprechend lässt sich die Erfindung alternativ auch auf ein Verfahren zur Erhöhung der IT- Sicherheit einer Automatisierungs- und/oder Fertigungsanlage beschreiben, bei welchem mittels der Klassifikation der Datei eine Sicherheitseigenschaft der Datei festgestellt wird und aufgrund der festgestellten Sicherheitseigenschaft bei der Automatisierungs- und/oder Fertigungsanlage eine IT- Sicherheitsmaßnahme ergriffen wird.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Erhöhung der IT- Sicherheit einer eine oder mehrere Datei/en nutzenden Automatisierungs- und/oder Fertigungsanlage erfolgt die Klassifika- tion der einen oder mehreren Datei/en mittels eines erf indungsgemäßen Verfahrens zum Klas sifi zieren mindestens einer Datei in Dateiklas sen wie zuvor beschrieben und/oder mittels einer erf indungsgemäßen Dateikla s sif izierungseinrichtung wie zuvor bes chrieben , wobei bei dem Verfahren eine IT- Sicherheitseigenschaft der einen oder mehreren Datei/en als eine der Dateiklas sen herangezogen wird und abhängig von der Dateiklas se , in welche die eine oder mehreren Datei /en klassifi ziert wird, eine IT-Sicherheitsmaßnahme ergriffen wird .
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wie vorhergehend beschrieben ist zweckmäßig die IT-Sicherheit eine Funktions sicherheit und/oder eine Datensicherheit und/oder die IT- Sicherheitseigenschaft hat Auswirkungen auf die Daten- und/oder Funktions Sicherheit der die eine oder mehrere Dateien nutzenden Automatisierungsanlage . Vorzugsweise s ind die eine oder mehreren Datei/en Konf igurationsdatei/en und/oder Steuerungsdatei/en der Automatis ierungs- und/oder Fertigungs anlage . Besonders bevorzugt ist die Sicherheit smaßnahme ein Versehen der einen oder mehreren Datei/en mit einer angestrebten IT-S icherheitseigenschaft wie vorhergehend bes chrieben oder eine Eins chränkung von Zugriff srechten bei einer Nutzung oder Ausführung der einen oder mehreren Datei/en oder eine verstärkte Überwachung bei der Nutzung oder der Ausführung der einen oder mehreren Datei/en , wenn diese die angestrebte IT-Sicherheitseigens chaft nicht aufwei st . Insbe sondere kann S chadcode in einer Datei mit einem Schutztool verschleiert sein . Somit kann eine erkannte vorherige Anwendung eine s Schutztools auf eine Datei auf eine Beeinträchtigung der IT-Sicherheit bedeuten . Folglich wird es in einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung als ange strebte IT-Sicherheitseigens chaft einer Datei angesehen , das s eine vorherige Anwendung eines solchen Schutztools auf diese Datei nicht erfolgt ist . Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen :
Fig. 1 in Ablauf diagramm für den Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Training eines neuronalen Netzes zum Klassifizieren von Dateitypen in einer Schemazeichnung und
Fig. 2 eine erfindungsgemäße Dateiklassifizierungseinrichtung schematisch in einer Prinzipskizze.
Bei dem in Fig. 1 dargestellten Verfahren wird ein erstes neuronales Netz NN zum Klassifizieren von Dateitypen trainiert. Dazu werden dem neuronalen Netz NN jeweils Trainingsdaten TRAINO, TRAIN1 als Eingangsdaten übergeben, zu welchem das neuronale Netz NN eine zugehörige Klassifizierung in Form von Dateiklassen CLAO, CLA1 als jeweiliges Ausgangsdatum ermitteln und ausgeben soll.
Mittels des Trainierens soll das neuronale Netz NN in die Lage versetzt werden, zu den Dateiklassen CLAO, CLA1 a priori unbekannte Dateien FIL (s. Fig. 2) einzusortieren. Zu diesem Zweck wird das neuronale Netz mit Hilfe eines Trainingsdatensatzes TRAINO von Trainingsdateien xul, xu2, xu3, welche sämtlich der Dateiklasse CLAO zugeordnet sind, sowie mit Hilfe eines Trainingsdatensatzes TRAIN1 von Trainingsdaten xpl, xp2, xp3, welche sämtlich der Dateiklasse CLA1 zugeordnet sind, trainiert .
Somit besteht jedes Trainingsbeispiel aus einer Trainingsdatei xul, xu2, xu3, xpl, xp2, xp3 und einem Label in Form der Dateiklasse CLAO, CLA1, wobei die Dateiklasse CLAO, CLAO im dargestellten Ausführungsbeispiel einen Wert 0 oder 1 besitzt und diejenige Dateiklasse angibt, der die einer Trainingsdateien xul, xu2, xu3 , xpl, xp2, xp3 bei korrekter Klassifikation zugeordnet werden muss. Das Vorgehen beim Training des neuronalen Netzes NN, etwa die Zurückhaltung eines kleinen Teils der Trainingsdaten für Validierungszwecke, folgt in an sich bekannter Weise üblichen Standards und soll hier nicht weiter ausgeführt werden. Im vorliegend beschriebenen Ausführungsbeispiel soll eine zuvor erfolgte Anwendung eines Schutztools auf eine ausführbare Binärdatei erkannt werden. Die Anwendung des Schutztools würde es erlauben, Schadcode in der Datei zu verschleiern, was potentiell ein Sicherheitsrisiko für ein Gerät oder eine Anlage, auf welchem die Datei zur Anwendung kommen soll, darstellen würde. Dazu werden die Trainingsdatensätze TRAINO, TRAIN1 derart bereitgestellt, dass das Schutztool auf einen Datensatz xlr x2, x3 zunächst nicht angewandt wird, sodass der unveränderte Trainingsdatensatz TRAIN 1 mit einer Menge ungeschützter Trainingsdateien xul, xu2, xu3 in Form von Binaries resultiert und andererseits das Schutztool auf den Datensatz x2, x2, x3 angewendet wird, wodurch die geschützten Trainingsdateien xpl, xp2, xp3, welche ebenfalls Binaries bilden, entstehen. Der Trainingsdatensatz TRAINO umfasst also die Trainingsdateien xul, xu2, xu3 zusammen mit der Dateiklasse CLAO mit dem Label „0", kennzeichnend, dass es sich um ungeschützte Trainingsdateien. Der Trainingsdatensatz TRAIN1 hingegen umfasst mit den Trainingsdaten xpl, xp2, xp3 zusammen mit der Dateinklasse CLA1 mit dem Label „1” (geschützt) . Die beiden Trainingsdatensätze TRAIN1, TRAIN1 bilden zusammengenommen den gemeinsamen Trainingsdatensatz T aus .
Grundsätzlich können in weiteren Ausführungsbeispielen, welche im Übrigen dem dargestellten Ausführungsbeispiel entsprechen, die Trainingsdatensätze TRAINO, TRAIN1 auch auf andere Weise gewonnen werden. So ist es insbesondere nicht erforderlich, dass der Trainingsdatensatz einer Dateiklasse CLA1 überhaupt auf dem Trainingsdatensatz der jeweils anderen Dateiklasse CLAO beruht. Es ist in weiteren Ausführungsbeispielen auch nicht erforderlich, dass genau dieselbe Anzahl von Trainingsdateien für jede einzelne Dateiklasse vorliegt, sondern die Anzahlen von Trainingsdateien für die jeweilige Dateiklasse können grundsätzlich auch voneinander abweichen. Die Besonderheit des dargestellten Verfahrens liegt im Aufbereiten der Trainingsdateien xul, xu2, xu3, xpl, xp2, xp3 dergestalt, dass das neuronale Netz NN sein Urteil verstärkt auf strukturelle Eigenschaften der Dateiinhalte der Trainingsdateien xul, xu2, xu3, xpl, xp2, xp3 ausrichten muss und sich nicht auf sehr spezielle Muster der bestimmten Dateitypen CLAO, CLA1 abstützen kann wie etwa „das dritte Byte hat immer den Wert 17".
Dazu wird bei dem Verfahren wie folgt vorgegangen:
Sämtliche Trainingsdateien xul, xu2, xu3, xpl, xp2, xp3 aus dem gemeinsamen Trainingsdatensatz T werden jeweils aufgeteilt in kürzere Bitfolgen BIF. Die Aufteilung kann mit einheitlicher Länge, hier beispielsweise 1 Kilobyte, oder mit variabler Länge für jede Bitfolge BIF erfolgen. Geht die Aufteilung am Ende einer Trainingsdatei xu2, xu2, xu3, xp2, xp2, xp3 nicht auf, so kann der verbleibende Rest der Trainingsdatei Trainingsdatei xul, xu2, xu3, xpl, xp2, xp3 zum Beispiel verworfen oder mit Dummybits, beispielsweise Nullbits, aufgefüllt werden.
Im Anschluss werden die verkürzten Bitfolgen BIF zusammen mit den zu ihren jeweiligen Trainingsdateien xul, xu2, xu3, xpl, xp2, xp3, denen die Bitfolgen BIF jeweils entstammen, gehörenden Labels für die Dateiklassen CLAO, CLA1 zur Menge der finalen Trainingspaare zusammengesetzt; die Menge der finalen Trainingspaare enthält also sämtliche Paare aus Bitfolgen BIF und Labels für die Dateiklassen CLAO, CLA1 zu allen Trainingsbeispielen des gemeinsamen Trainingsdatensatzes T. Die Reihenfolge, mit der die Bitfolgen BIF und die zugehörigen Labels dem neuronalen Netz während des Trainings präsentiert werden, wird anschließend - wie üblich - zu Beginn jeder Trainingsepoche randomisiert .
Dieses Vorgehen hat folgende Vorteile:
Der Hauptvorteil besteht darin, dass das neuronale Netz NN eine einzelne Datei in aller Regel nicht „im Ganzen" präsen- tiert bekommt, sondern das Netz einzelne Dateien leidglich begrenzt auf die Länge der einzelnen Bitfolgen BIF und nicht in der richtigen Reihenfolge, sondern vielmehr in beliebiger Reihenfolge entgegennimmt. Daher kann das neuronale Netz NN sich für die Klassifikation der Dateien nicht auf das Vorliegen spezieller Werte an bestimmten Positionen einer Datei verlassen und muss stattdessen allgemeinere strukturelle Merkmale, die im Ausschnitt einer Bitfolge BIF erkennbar sind, für die Klassifikation heranziehen.
Es ist für den Trainingsvorgang gemäß dem dargestellten Verfahren zudem förderlich, dass dem neuronalen Netz NN bei gleicher Gesamtdatenmenge des Inputs insgesamt eine größere Zahl von Labels, also von zugeordneten Dateiklassen CLAO, CLA1 präsentiert wird, nämlich ein Label pro Bitfolge BIF statt eines pro Datei des Datensatzes xlr x2, x3.
Die Bytes innerhalb der Bitfolgen BIF werden der Eingangsschicht des neuronalen Netzes NN sowohl beim Training als auch in der späteren Anwendung nicht als ordinale Werte zwischen 0 und 255, sondern als Folge von jeweils 8 Bits mit Werten zwischen 0 und 1 übergeben. Andernfalls würden Verzerrungen dadurch entstehen, dass höherwertige Bits eines Bytes übermäßigen Anteil an der Aktivierung eines Inputneurons erhalten und niederwertige umgekehrt einen zu geringen. An und für sich signifikante Muster in niederwertigen Bits könnten dann etwa im hohen Zufallsrauschen höherwertiger Bits untergehen .
Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist das neuronale Netz NN ein sogenanntes „Recurrent Neural Network", auch als rekurrentes Netz bezeichnet, welches eine Art „Gedächtnis" und somit die Möglichkeit besitzt, vorangehende Bytes BIF einer Bitfolge in die Klassifikationsentscheidung für das aktuelle Byte eingehen zu lassen. Dies ermöglicht insbesondere, das neuronale Netz auf Bitfolgen BIF beliebiger Länge anzuwenden, statt aufgrund seines Inputformats von vornherein auf Bitfolgen BIF fester Länge beschränkt zu sein. Außerdem würden Bit- folgen BIF fester Länge beim Training dazu führen, dass das neuronale Netz jeden strukturellen Zusammenhang zwischen aufeinanderfolgenden Bits der Datei für jede Position innerhalb der festgelegten Blocklänge eigenständig lernen muss, während bei der Verwendung eines rekurrenten neuronalen Netzes NN von vornherein ein Zusammenhang mit dem lokalen Kontext, d. h. der „Vorgeschichte” der letzten Bytes, unabhängig von der genauen Position des aktuellen Bytes, gelernt wird.
Das dargestellte Ausführungsbeispiel kann in einem weiteren Ausführungsbeispiel dahingehend erweitert werden, dass die Anwendung des neuronalen Netzes NN auf die Eingangsdaten in Gestalt der Datei des Datensatzes EIL einen kontinuierlichen Klas sif ikationsverlauf OB(t) über die gesamte Datei FIL liefert, indem der Output des neuronalen Netzes nach jedem Byte BIF der Datei FIL an Position t festgehalten wird. Grundsätzlich können in weiteren Ausführungsbeispielen der Erfindung die Eingangsdaten des neuronalen Netzes NN aus einer abweichenden Anzahl von Bits bestehen, etwa aus jeweils nur einem einzelnen Bit anstelle von 8 Bits für ein Byte BIF bestehen, so dass sogar eine bitgenaue Ausgabe OB(t) , bei der t die Bitposition innerhalb der Datei FIL bezeichnet, möglich wird.
Auf den vom Netz ermittelten Klassifikationsverlauf OB(t) für das Maß für die Zugehörigkeit der Bitfolge zu dieser Kandidatendateiklasse, welche je Bitfolge BIF innerhalb der Datei FIL ermittelt wird, wird anschließend eine finale Klassifikationsfunktion f (OB (t) ) angewendet. Diese Klassifikationsfunktion f (OB (t) ) kann etwa als Durchschnittsbildung in der Art eines arithmetischen Mittels oder in der Identifikation einer bestimmten lokalen Häufung von stark abweichenden Werten des Klassifikationsverlaufs oder in der Identifikation von einer lokalen Häufung von ähnlichen Werten des Klassifikationsverlaufs realisiert sein. In weiteren Ausführungsbeispielen kann die Klassifikation aber auch mittels eines weiteren neuronalen Netzes NN2 (s. Fig. 2) realisiert sein: So wird beispielsweise das weitere neuronale Netz NN2 darauf trainiert, dem vom ersten neuronalen Netz NN ausgegebenen Klassifikationsverlauf OB (t) das richtige Label CLAO, CLA1 zuzuordnen.
Die in Fig. 2 dargestellte Klassifikationseinrichtung CLAS nutzt das in den vorhergehenden Ausführungsbeispielen beschriebene Training des ersten neuronalen Netzes NN, welches den Klassifikationsverlauf OB(t) an das zweite neuronale Netz NN2 übergibt. Das zweite neuronale Netz NN2 ermittelt daraus die endgültige Dateiklasse, im dargestellten Fall CLAO, und übermittelt die Dateiklasse CLAO an eine Maßnahmeneinrichtung MEA.
Die Dateien FIL, welche dem ersten neuronalen Netz NN zum Klassifizieren zugeführt werden, werden aus einem Speicher einer Fertigungseinrichtung MANU einer Fertigungsanlage ausgelesen. Die Fertigungseinrichtung MANU zieht die Dateien FIL für eine Fertigungssteuerung heran. Die Maßnahmeneinrichtung MEA unternimmt abhängig von der ermittelten Dateiklasse, d. h. abhängig von dem Urteil der Klassifikationseinrichtung CLAS, eine Anwendung einer Schutzfunktion auf die Datei FIL. Wird mittels der Klassifikationseinrichtung CLAS festgestellt, dass auf die Datei FIL ein Schutztool angewandt worden ist, welches potentiell in die Datei FIL eingebrachten Schadcode verschleiern könnte, so wird die Schutzfunktion angewandt. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Schutzfunktion durch eine Isolierung der Datei FIL in eine gesicherte Umgebung und ein intensives Monitoring bei der Nutzung der Datei FIL gegeben. Wird erkannt, dass auf Datei FIL kein Schutztool angewandt worden ist, so wird von der Anwendung der Sicherheitsfunktion abgesehen. Entsprechend lässt sich die Erfindung alternativ auch als Anwendung oder Verfahren zur Erhöhung der IT-Sicherheit einer Fertigungsanlage beschreiben .

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Trainieren eines ersten neuronalen Netzes (NN) zum Klassifizieren von Dateien (FIL) in Dateiklassen (CLAO, CLA1) , bei welchem eine Mehrzahl von Testdateien (xul, xu2 , xu3, xpl, xP2, xp3) herangezogen wird, welche jeweils einer Dateiklasse zugeordnet sind, wobei die Testdateien (Xui, Xu2, Xu3, Xpi, Xp2, Xp3) jeweils in Bitfolgen (BIF) zerlegt werden, die der zuvor zugeordneten Dateiklasse (CLAO, CLA1) zugeordnet bleiben und das neuronale Netz (NN) mit den Bitfolgen (BIF) trainiert wird.
2. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, bei welchem die Testdateien (xul, xu2, xu3, xpl, xp2, xp3) vollständig in Bitfolgen (BIF) zerlegt werden.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem das neuronale Netz (NN) mit den Bitfolgen (BIF) in ungeordneter Aufeinanderfolge, insbesondere in randomisierter Aufeinanderfolge, trainiert wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem das erste neuronale Netz (NN) ein rekurrentes neuronales Netz (NN) ist.
5. Verfahren zum Klassifizieren mindestens einer Datei (FIL) in Dateiklassen, bei welchem ein solches erstes neuronales Netz (NN) herangezogen wird, welches nach einem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche trainiert ist oder wird und bei welchem aus der Datei (FIL) mindestens zwei unterschiedliche Ausschnitte in Form von Bitfolgen (BIF) herangezogen werden und die Bitfolgen (BIF) mit dem neuronalen Netz (NN) jeweils in Kandidatendateiklassen klassifiziert werden und abhängig von den Kandidatendateiklassen eine Dateiklasse (CLAO, CLA1) bestimmt wird.
6. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, bei welchem die Trainingsdateien (xul, xu2, xu3, xpl, xp2, xp3) vollständig in Bitfolgen (BIF) zerlegt werden.
7. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, bei welchem das Klassifizieren für mehrere Ausschnitte von Bitfolgen (BIF) unternommen wird, wobei die Bitfolgen (BIF) zusammen genommen vorzugsweise die mindestens eine Datei (FIL) bilden.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die Kandidatendateiklassen, in welche die Bitfolgen (BIF) klassifiziert werden, zusammen mit der Position (t) der jeweiligen Bitfolge (BIF) innerhalb der Datei (FIL) ermittelt wird .
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die Dateiklasse (CLAO, CLA1) derart bestimmt wird, dass diejenige Kandidatendateiklasse, in welche die meisten Bitfolgen (BIF) klassifiziert werden, als Dateiklasse (CLAO, CLA1 ) bestimmt wird.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die Dateiklasse (CLAO, CLA1) derart bestimmt wird, dass je Kandidatendateiklasse ein Durchschnittswert eines Maßes für die Zugehörigkeit der Bitfolge (BIF) zu dieser Kandidatendateiklasse, das das erste neuronale Netz (NN) der Bitfolge (BIF) zuordnet, und/oder ein Verlauf dieses Maßes entlang der Position (t) der Bitfolge (BIF) innerhalb der Datei (FIL) , insbesondere eine Häufung von Werten dieses Maßes bei bestimmten Positionen (t) und/oder lokale Abweichungen und/oder statistische Auffälligkeiten von Werten dieses Maßes, ermittelt und zur Bestimmung der Dateiklasse (CLAO, CLA1 ) herangezogen wird.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die Dateiklasse (CLAO, CLA1) mittels eines zweiten neuronalen Netzes (NN2) bestimmt wird, dem für jede Bitfolge vorzugsweise die Kandidatendateiklasse, in die sie vom neuro- nalen Netz (NN) klassifiziert worden ist und/oder für jede Dateiklasse ein Maß für die Zugehörigkeit der Bitfolge zu dieser Kandidatendateiklasse, die das erste neuronale Netz der Bitfolge zuordnet, vorzugsweise gemeinsam mit der Position (t) , als Eingangsdaten übermittelt werden.
12. Dateiklassifizierungseinrichtung mit mindestens einem ersten neuronalen Netz (NN) , welches mittels eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4 trainiert worden ist und/oder welches ausgebildet ist, ein Verfahren zum Klassifizieren mindestens einer Datei nach einem der Ansprüche 5 bis 10 auszuführen.
13. Verfahren zur Erhöhung der IT-Sicherheit einer eine oder mehrere Dateien nutzenden Automatisierungs- und/oder Fertigungsanlage, bei welcher die Klassifikation der einen oder mehreren Dateien mittels eines Verfahren zum Klassifizieren mindestens einer Datei (EIL) in Dateiklassen nach Anspruch 5 und/oder mittels einer Dateiklassifizierungseinrichtung nach Anspruch 12 erfolgt und bei welchem eine IT- Sicherheitseigenschaft der einen oder mehreren Dateien als Dateiklasse herangezogen wird und abhängig von der Dateiklasse, in welche die Datei klassifiziert wird, eine IT- Sicherheitsmaßnahme ergriffen wird.
14. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, bei welchem die IT-Sicherheit eine Funktions Sicherheit und/oder eine Datensicherheit ist und/oder die IT-Sicherheitseigenschaft Auswirkungen auf die Daten- und/oder Funktionssicherheit der die eine oder mehrere Dateien nutzenden Automatisierungsanlage hat .
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