物联网安全与深度学习技术

第1 章 物联网技术基础??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．001
1．1 物联网发展现状????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．001
1．1．1 美国??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．001
1．1．2 欧盟??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．002
1．1．3 日本??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．002
1．1．4 韩国??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．003
1．1．5 中国??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．003
1．2 物联网体系架构????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．004
1．2．1 感知层??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．005
1．2．2 网络层??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．005
1．2．3 应用层??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．006
1．3 物联网信息的三大特性??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．007
1．3．1 高敏感性????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．007
1．3．2 高可靠性????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．007
1．3．3 高关联性????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．007
1．4 物联网体系架构的发展??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．008
1．5 小结??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????011
第2 章 物联网安全架构????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．012
2．1 引言??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．012
2．2 物联网典型安全事件??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．012
2．2．1 事件回顾????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．012
2．2．2 事件分析????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．016
2．3 物联网安全问题分类??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．017
2．3．1 互联网引入的安全问题??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．017
2．3．2 物联网场景下的互联网“安全”问题????????????????????????????????????????????????????????．017
2．3．3 物联网引入的安全问题??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．017
2．3．4 物联网自身的安全问题??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．018
2．4 物联网安全威胁分析??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．018
2．4．1 感知层安全威胁????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．019
2．4．2 网络层安全威胁????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．020
2．4．3 应用层安全威胁????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．022
2．5 物联网安全需求分析??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．023
2．5．1 纵横联动的一体化安全保障支撑????????????????????????????????????????????????????????????????????????．024
2．5．2 感知层传感器设备的身份鉴别与数据防护????????????????????????????????????????．026
2．5．3 网络层异构网络规模化安全互联与全网统一监管??????????????????．027
2．5．4 应用层数据多域安全共享??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．028
2．6 物联网安全体系框架??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．029
2．6．1 技术体系????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．029
2．6．2 物联网系统的安全信息流??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．036
2．7 小结??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．037
第3 章 物联网安全认证技术??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．039
3．1 引言??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．039
3．2 身份认证方式????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．040
3．2．1 基于秘密信息的认证方式??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．040
3．2．2 基于信物的认证方式??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．041
3．2．3 基于密钥的认证方式??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．041
3．2．4 基于生物特征的认证方式??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．042
3．3 物联网身份认证的特点??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．043
3．3．1 轻量级??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．043
3．3．2 非对称??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．043
3．3．3 复杂性??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．043
3．4 几种物联网身份认证方式??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．044
3．4．1 基于RFID 的物联网身份认证方式??????????????????????????????????????????????????????????????????．044
3．4．2 基于传感网络的物联网认证方式????????????????????????????????????????????????????????????????????????．044
3．4．3 基于蓝牙的感知网络认证方式??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．045
3．4．4 基于生物特征识别的认证方式??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．045
3．5 基于生物特征的物联网身份认证方法????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．047
3．5．1 生物特征身份认证流程??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．047
3．5．2 指纹识别????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．049
3．5．3 人脸识别????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．049
3．5．4 虹膜识别????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．051
3．5．5 指静脉识别????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．051
3．5．6 声纹识别????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．052
3．6 基于深度学习的声纹识别技术????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．053
3．6．1 概述??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．053
3．6．2 声纹识别的工作原理??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．054
3．6．3 声纹识别的流程????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．055
3．6．4 声纹识别技术的三次突破??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．059
3．6．5 基于深度学习的典型声纹识别算法????????????????????????????????????????????????????????????????．060
3．6．6 声纹识别应用趋势????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．063
3．7 小结??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．066
本章参考文献????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．066
第4 章 卷积神经网络技术????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．068
4．1 卷积运算????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．069
4．2 动机??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．072
4．3 池化??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．077
4．4 将卷积与池化作为一个无限强的先验????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．082
4．5 基本卷积函数的变体??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．083
4．6 结构化输出????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．093
4．7 数据类型????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．094
4．8 高效的卷积算法????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．095
4．9 随机或无监督的特征??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．096
4．10 小结??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．097
本章参考文献????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．098
第5 章 序列建模：循环和递归网络??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．101
5．1 展开计算图????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．102
5．2 RNN??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．105
5．2．1 Teacher Forcing 和输出循环网络????????????????????????????????????????????????????????????????????????．109
5．2．2 计算RNN 的梯度????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????111
5．2．3 作为有向图模型的循环网络??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????113
5．2．4 基于上下文的RNN 序列建模??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????117
5．3 双向RNN ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????119
5．4 基于编码-解码的序列到序列架构??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．121
5．5 深度RNN ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．123
5．6 递归神经网络????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．124
5．7 长期依赖的挑战????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．126
5．8 回声状态网络????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．128
5．9 渗漏单元和其他多时间尺度的策略????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．130
5．9．1 时间维度的跳跃连接??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．130
5．9．2 渗漏单元和一系列时间尺度??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．131
5．9．3 删除连接????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．131
5．10 长短期记忆和其他门控RNN ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．132
5．10．1 长短期记忆????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．133
5．10．2 其他门控RNN??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．135
5．11 优化长期依赖????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．136
5．11．1 截断梯度????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．136
5．11．2 引导信息流的正则化??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．138
5．12 外显记忆????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．139
5．13 小结??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．142
本章参考文献????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．142
第6 章 深度学习框架和平台的分析与对比????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．148
6．1 概述??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．148
6．2 深度学习框架????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．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 深度学习框架的分析与对比??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．169
6．3．1 总体分析????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．169
6．3．2 深度学习框架的对比??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．170
6．3．3 深度学习框架对硬件的利用情况????????????????????????????????????????????????????????????????????????．178
6．4 深度学习平台????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．180
6．4．1 华为深度学习服务DLS ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．180
6．4．2 阿里深度学习开发平台X-DeepLearning ????????????????????????????????????????????????．184
6．4．3 百度深度学习开发平台PAddle??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．189
6．4．4 几种平台的对比????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．191
6．5 小结??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．192