免疫力のあるインターネットまたは神がレゴをプレイしない理由

ほとんどのプログラマーは常に学びます。 教祖の本を読んで、専門家のコードを見てください。 そして、どの方法がより優れており、どのソリューションがよりきれいであるかを議論します。

しかし、私たちがコードを見ることができたスーパープロフェッショナルがいると想像してください。 彼から何を学ぶことができますか？ そして、どのような結論を導き出すことができますか？



だから-人工免疫システム。





実際の免疫システムは、非常に複雑で完全に理解できないもので、長期記憶を持つ細胞から成り、その重量は人間の脳の重量に匹敵します。

免疫システム全体を説明するのは高価であり、詳細な記事は、Habrよりも不眠症の人々のポータルに適しています。 したがって、重要なポイントで非常に表面的に実行し、インシリコ繁殖に関してそれほど重要ではないものの多くをスキップします（生体内では非常に重要ですが）。



免疫システム自体（以降、IP）は通常、2つの部分（生得的および適応的）に分割されます。 しかし、自然は貧弱なシステム設計者であり、抽象化のレベルが好きではありません。 しかし、彼女は継承されたソリューションを使用するのが好きです。 ヒューマンIPは、古代のアルゴリズムと新しい開発の集合体であり、必ずしも簡単に分離できるとは限りません。

したがって、最初にオブジェクトとプロセスをリストしようとします。



1.リンパ球。 免疫システムの基礎を形成する細胞は、細胞の特別なバージョン（B細胞とT細胞）の抽象基本クラスです。 いくつかのタイプのリンパ球は、表面に分子検出器（主要組織適合性複合体、MHC）を持ち、これはタンパク質分子への結合を担います（最も近い類似性はキーとロックです）。 この検出器は、システム内で一意である場合があります。 多くのタイプのリンパ球は、成熟中にタイプを変えることができます;それらは、さまざまなアクチベーターの影響下で切り替わる状態を持っています。

1.1。 Tリンパ球。 多くの亜種と専門分野を持つ細胞。 この基本クラスからさまざまな型が継承され、特殊化を変更できます。

1.1.1 T-キラー（Tk）、キラー細胞。 完全なコントロールのサービスで死刑執行人を設立し、彼ら自身の領土を浄化した。 癌細胞、損傷した細胞、またはウイルスに感染した細胞を破壊します。

1.1.2 Tヘルパー（Th）。 他の細胞を活性化し、情報を運ぶ細胞。

1.2。 B細胞。 体の適応反応に関与する細胞。 B細胞はゲノムを変化させ、生涯を通じて開発のさまざまな段階でさまざまな検出器を成長させることができます。

1.2.1プラズマB細胞。 抗体の主要サプライヤー。

1.2.2長期記憶細胞には、抗体産生のメカニズムに関する情報が含まれています。

2.抗原提示細胞（APC）。 マクロファージと樹状細胞（DC）を含む細胞のグループ。 それらの目的は、タンパク質断片、免疫系の他の細胞への断片に分割することにより細胞タンパク質から形成された消化物を「示す」ことです。 フラグメントはMHCに付着し、細胞膜に露出します。 実際、これはキー選択の「ロック」の模倣です。

2.1。 DC、樹状細胞。 「危険の理論」の概念が主に関連しているのは彼らです。 彼らの人生のほとんどは活動的ではありませんが、問題が発生した場合は活動的になり、働き始めます。

3.抗原（Ag）。 免疫系によって検出される外部の脅威の部分。 これらは通常、タンパク質または毒素です。

4.抗体。 抗原に結合する能力を持つ特殊なY字型のタンパク質は、免疫グロブリンでもあります。 それらには、さまざまな消化物を保持するための分子の「ヒンジ」が含まれます。 毒素は、抗原に結合することにより直接ブロックされます。 細胞が影響を受ける場合、抗体は細胞の表面の複合体に結合し、その後の破壊のためにそれをマークします。



比phor「キーロック」について話すとき、これは比metaにすぎないことを理解する必要があります。

キーがロックに近づいているか、収まっていません-これはバイナリ属性です。 分子検出器の場合、「適切であり、適切ではない」という値は実際のものであり、親和性と呼ばれます。 これは非常に重要なポイントであり、その場で親和性を調整するために使用されます。



IPの特定の部分（主に生得的なサブシステム）は、基本的に、現代のウイルス対策でも使用されている従来の検出器反応スキームに対応しています。 しかし、すべてではありません。 実際のIPには、防御システムには存在しないものがあり、ゼロデイ攻撃を引き起こすプロセスはほとんどありません。



ただし、ここに戻りますが、ここではプロセスの説明に進みます（非常に省略されています）。



1.アポトーシスとは、中央政府と一般大衆の同意を得た、単一の生物における通常のジェノサイドの制御された細胞死です。 時には、何らかの理由で、自分の体の細胞を破壊する必要があります。 使用済み材料の計画的な廃止措置。 ガベージコレクター、彼はバイオリアクターです。 この場合、膜の完全性は最後まで維持されます。

2.壊死は、外部攻撃などの計画外の破壊です。 この場合、膜の透過性が低下し、細胞からの排出が起こり、身体は大量死を修復することができます。 外的要因によって引き起こされるこの死は、開始の合図です。 この信号の後、体の力が動員され、温度が上昇し（必要な化学反応の速度が増加する）、血流が加速し、細胞トレーニングのメカニズムがオンになり、攻撃が完全に装備されます。



2つのプロセスの違いは、危険理論と呼ばれるものの本質です。

これは比較的新しい理論であり、その誕生は1994年にまでさかのぼり、伝説のポリーメッツィンガーの名前に関連付けられています。 概念間の基本的な境界は、身体が（従来のウイルス対策とは対照的に）外部信号に応答するのではなく、内部状態と外部反応の組み合わせに応答するという事実にあります。 または、言い換えれば、システムは本質的に反射的です。 彼女は誰かが彼女を攻撃していることを知らないかもしれません。 しかし、彼女はいつ病気になったかを知っています。



これは非常に重要な境界です。

実際、単純な「友人または敵」分類器から複雑な異常検出器に移行しています。これは、システムが完全性を失い始め、何かを行う必要がある瞬間を判断します。 また、この異常検出器は、コンセプトドリフトに対して優れたサポートを提供します。



しかし、実際の免疫システムには外部パターンに対する反応もあります。

骨髄は絶えずBおよびT細胞を作成し、その多くは検出の原因となるゲノムのランダム化された部分を持ちます。 次に、体の抗原との反応について感覚部分をチェックし、最愛の人から少なくとも何かを検出した細胞はすぐに破壊されます。 これにより、ハードゼロの誤検出基準が提供されます。 同時に、ランダムな応答で膨大な数のセンサーが作成され、攻撃の可能性を最大限にカバーしますが、身体自体はカバーしません。 この段階はネガティブ選択と呼ばれます。

実際、これはコンピューターの世界でノベルティ検出器と呼ばれるものの最初のステップです。

最後のポイントは、アフィン成熟と呼ばれるものです。 これは、ゲノムの急激な変化、体細胞超変異です。 危険な場合にアクティブ化されると、セルはゲノムをランダムに変更し始め、それによって検出器の調整、一般化の変更、キャプチャスペースの拡大または縮小、特定の攻撃オプションをより正確にキャッチする機能の獲得が行われます。



ここで、愛する人の体全体に散らばるセンサーの配列全体を想像してください。 重量が脳の重量に匹敵するこれらの何百万もの細胞。

そして、それぞれに独自の検出器があります。

個人的には、このようなシステムの規模と機能に感銘を受けています。

単一の現代のスーパーコンピューターは、平均的なgopnik咀seed種子の免疫システムの計算能力に匹敵するものではなく、そのようなgopnikのモバイルクラスターは言うまでもありません。

ただし、このプロジェクトのPM（バックアップを失わせる）には無制限の資金と無期限の期間があったことを忘れないでください。 夢見ることしかできないもの。 このような予算では、より良い結果が得られる可能性があります。



物語の論理によれば、in silicoで免疫系の同等物をさらに説明する必要があります。 ただし、このレッスンは、遺伝的アルゴリズムのすべてのバリアントをリストするよりも恩恵がありません。

免疫ネットワークの分析に基づいて作成され、個人的には興味深く思えた主な方法の名前のみを紹介します。 興味のある方は、関連する雑誌で説明を見つけるか、単にPDF形式の多くのテキストをグーグル検索することができます。



DCA-樹状細胞アルゴリズム。

AIRS-人工免疫認識システム

FIN-正式な免疫ネットワーク

CLONALG-クローン選択アルゴリズム

aiNet-クラスタリングとフィルタリングのための人工免疫ネットワーク

libtissue-免疫系の分野での実験用ライブラリ



専門家の場合、サイトwww.dangertheory.comを指定することもできます。

開業医はウェブサイトwww.artificial-immune-systems.org/algorithms.shtmlに興味があるかもしれません

多くのアルゴリズムがWekaに移植されており、個人のサンドボックスでそれらを試すことができます。



次に、著者により近いトピック、つまりコードでの実際の実装について説明します。 準備された生活システムの一部から引き出されたアルゴリズムの実装を意味するものではありません。 全体的な理解に興味があります。



誤って私たちの手に落ちたチーフプログラマーのコードレビューは、C ++の実践者から本を読むよりも役に立つかもしれません。 自然のデザインパターンは、政治的に正しい制限や「良い」コードのルールとは大きく異なります。 したがって、この記事では、特定のアルゴリズムではなく一般的なアイデアに焦点を当てます-それらが多すぎるため、完全に機能するものはありません。



生物学者、数学者、プログラマーが参加した学際的チームによる免疫システムの研究は、関心のある人々にかなりの数の助成金を分配した非常に有用なステップでした。 オープンソースライブラリ、DCAアルゴリズム、美しい用語Immunocomputing、および情報セキュリティ問題の新しい見方も重要な成果です。

しかし、最終結果に何を求めますか？

チーフシステムアーキテクトから何を学ぶことができますか？

鉄の中で自然の決定を直接再現するのは愚かです-さもなければ、車輪の代わりに私たちの車に金属の足が立つでしょう。 ニューラルネットワークは生物学的ニューロンとあまり共通しておらず、遺伝的アルゴリズムは二重らせんの複製の実際のプロセスの絶対的なコピーではありません。



以下に、免疫学にあまり詳しくないエンジニアの謙虚な意見を述べます。



1.プロセスは、主観的かつ厳密に人間のプリミティブに基づいて分類されます。 したがって、上記のアルゴリズムはすべて、私たちが生きた自然の中で理解できたものの一部のみを実装しています。 将来のAISには、異常検出器、クラスタリング、教師付きまたは教師なしのトレーニングを含めるべきですか？

実際の免疫システムには、このようなコンポーネントが顕著な形で含まれていません。 私たちとは異なり、神はレゴをしません。 免疫システムの本当の目的は、以前考えられていたように、「I-not Ya」の区別すらありません。 独自の整合性を維持することは、ITマーケティング担当者の小冊子にキャッチーなタイトルがないものです。 したがって、AISに何らかのコンポーネントが含まれると言う場合、これは完全に正しいとは限りません。 AISは分類器、異常検出器、またはデータ融合とは異なりますが、対応する機能があります。 これは別の用語であり、コンポーネントに分解されると何かが失われます。

2.セキュリティシステムは、保護対象の上部構造ではありません。 彼女はこの施設の一部です。 それは攻撃から保護するものではありません-私たちは皆、外の世界から常に守られています。 友好的でない環境で施設の活力と完全性を維持します。 したがって、保護されたシステムの深い反射性は最初からそこに置かれ、別のレベルで外部から接続することはできません。

3.深い反射性の結果として、内部センサーは、コンポーネントの状態とその組み合わせの可能な最大リストからランダムに選択する必要があります。 その後、保護はそれ自体の状態を非常に完全に追跡できます。 制限では、システムは、任意の詳細レベルのコードを含む、独自のデータすべてにアクセスできる必要があります。 現代の商用システムでは、「良い」コーディングのすべての政治的に正しいルールとコンポーネントのクローズドコードを思い出すと、これは非現実的です。 Godelのマシンは作成が難しく、そのスタイルと一般に受け入れられているプログラミング慣行または専門家の推奨に従っています。

4.セキュリティシステムは、保護対象に関して個別です。 銀行の秘書のコンピューターは、ソリティアをプレイすることから保護されます。 ウイルス対策ラボのサンドボックスは、トロイの木馬感染に対して開かれている必要があります。 いずれの場合も、「標準」と「危険」の概念は異なります。 アカウンティングサーバーとレンダリングファームはあまりにも異なるものであり、フィルター、パターン、およびアクセッションリストの単一のリストを使用して防御を構築することは意味がありません。

誰かが愛されていない大統領の政治的なポストを読むことは、侵入の試みです。 したがって、彼のKindleはそのようなテキストから保護されるべきです。 「危険」の概念は「望ましくない行動」に拡大します。 スパムフィルター、ポルノフィルター、オピニオンフィルターは他の市場ですが、AISは誰でも使用でき、情報空間にLimov Ethicosphereを作成します。

5.マルチレベルのセキュリティシステム-これはアンチウイルスマーケティング担当者が書いていることではありません。 これは、各コンポーネントに独自の免疫システムがあるだけでなく、コングロマリット自体がコンポーネントの保護とは無関係に独自のルールによって保護されているサブシステムのコングロマリットです。 理論的には、企業のネットワーク保護と各コンピューターの個別保護を作成できます。コンピューターと親ネットワークに対する脅威は異なります。 そして理論的には、インターネット全体を保護することができます-システムは非常に簡単に拡張できます。

6.保護は適応的でなければなりません。 これは、新しいインストールで毎回彼女を訓練する必要があるという意味ではありません。 しかし、ファッショナブルなウイルス対策ソフトウェアの更新を待たずに、新しい脅威の出現とともに進化する必要があります。

7.真の免疫システムとは、多数のオブジェクトを備えたものですが、少数の種類の関係、このような低レベルの接続性は、現代の建築家にはアクセスできません。 樹状細胞と培地自体が相互作用の一部を担っていますが、単一の調整中心はありません。 これは、分散性と並列性を最大限に活用したクリーンな分散システムです。

8.最も重要で最後のポイント。 NapsterやCDS業界の前にピアツーピアネットワークのビジネスモデルがなかったのと同様に、このようなシステムの大量適用のためのビジネスモデルはありません。 これは、私が話をしたいくつかのアンチウイルス企業の人々によって確認されました。 しかし、これは当初から明らかでした。アンチウイルス市場は大きすぎて、突然の動きや革命的な変化に対して資本化されています。



そして、結論として、プロトタイプの可能な実装に関するいくつかの考え。



異常検出器は重要なポイントです。 1クラス分類器から確率モデルまで、それらの多くがあります。 ただし、これは非常に粗雑なレベルであり、実際の状況で多くのFPを提供します。 研究プロトタイプの場合、1クラスの非常に高速な決定木からの非対称ランダムフォレストなどの増分決定木を試すことができます。

理想としては、資源への欲と貧弱な一般化を忘れるなら、これは遺伝学であるべきです。



センサーは、良好な選択性を備えたシステム状態のランダムな組み合わせです。 遺伝学（多少費用がかかります）または単純なモンテカルロ法を使用して取得することができます。 いずれにせよ、センサーの設計は人間の介入なしで完全に自動化されるべきです-それらが多すぎるはずです。

実装の一例は、実行可能プログラムのヒープ内で最小限のインテリジェンスを備えたソフトウェアセンサーのセットであるDASTONです。



コンセプトドリフト コンピューターは、ブフの処女やゲーマーから転送できます。 そして、「正常」状態はすぐに「異常」になります。 システムは、新しい環境にとって重要ではないことを忘れることができるはずです。 しかし、両方の行動パターンに共通していることを覚えておいてください。 つまり 再初期化または再トレーニングの特徴的な期間が必要です。 アフィン成熟手法自体はこれを可能にしますが、この手法の制限はまだ明確ではありません。



システムは一般からプライベートを分離できる必要があります。コンピューター間でルールと検出器のコンポーネントの交換が可能ですが、隣接マシンからの妥協の可能性なしに、共進化の変形として。 共進化の場合でも、それを保証するのは非常に困難です。



実際の免疫システムは、異常検出器と見なされることがよくあります。 前述したように、これは根本的に間違っています。 体はそれが病気であることを知っています。 コンピューターまたはネットワークは、何か問題があるという信号をどのように受信できますか？

これは非常に難しい質問です。 「病気」システムの正式な兆候はありません。 このトロイの木馬は、作成者のみがブラウザと異なります-ユーザーの同意なしにリモート制御と更新のダウンロードを許可し、パスワードを収集してリモートで保存できます。 健康なコンピューターとは何ですか？ 生物は、壊死のレベルを観察することにより、感染とその状態の偶発的な変化を区別することができます。 コンピューターは何を観察できますか？ ユーザーの応答？ beatられたファイルのカウンター？ コルモゴロフシステムの複雑さを変更しますか？

要件を緩和し、「壊死」から抽象化に移行するとすぐに、AISのロジックの特定の部分が失われます。



異常が発生したことを理解するのは簡単です。人間の介入なしに自動的にトピックを決定する方法-次に何をすべきか？

異常の原因であるネットワークアドレスをブロックするのは簡単です。 AISアルゴリズムのほとんどの商用アプリケーションは、ネットワークトラフィック分析を処理します。これは、トロイの木馬が取得した企業会計サーバーではないという事実ではありません。たとえそうだとしても、このためにプロセス、経理、プログラマーについて独自の見解を持っている1000人の邪悪な労働者の給与を停止する必要があるのでしょうか？

コンピューターでの実行スレッドのブロックも簡単です。さて、偽装されたファイルシステムドライバーの場合はどうでしょうか。そのようなアクションはコンピューターをシャットダウンすることに相当し、これはもちろん情報保護の最高の手段ですが、それは有用ですか？

タスクの状態に応じて、システムは機能を安定させる必要があります。そして、攻撃による被害を最小限に抑えます。コンピューターをシャットダウンするか、サーバーを停止して、バックアップからクリーンアップまたは復元することは、DoSの最も純粋な形で既にダメージを受けています。

そして、これは免疫系の一部であり、誰もまだ複製することができません。

おそらく最も重要です。

残念ながら、できることは復旧ポイントへのオンラインロールバックだけになるまで、普遍的なソリューションはありませんでした。



そして、はい、今、すべてのこのジャンクを搭載しているので、まだ離陸する必要があります。システムは、リソースの146％を独自の保護に費やすべきではありません。システム全体の対数の枠組みで追加の負荷を維持したいと思います。すでにこの段階で、遺伝学またはSVMの使用が問題になり始めています。



そして最後に、樽のジャムに3スプーンのタールを入れます。

内部状態を学習のソースとして使用することは強力ですが、非常に危険です。

データの量が急激に変化すると、フィードバックループが発生する可能性があります（フィードバックループは負（つまり、非常に有用）と正（非常に不快な効果））になります。

後者のオプションは、過剰なトレーニングと自己確認につながります-システムは、愛する自分自身の変化を教えるためにリソースを費やします。

これは自閉症につながる強制的な自己認識であり、会計サーバーがコンピュータZenに移行するときにそれを好む人はほとんどいません。

免疫系の2番目のマイナスは不完全であり、アレルギーのある人に顕著です。自己免疫の傷は毎年増えます。また、ヘルパーT細胞に固執し、免疫系全体を一度にブロックするAIDSウイルスも、コンピューター内で可能です。さらに、体内の老化プロセスは、免疫系の規制緩和、たとえば関節炎に大きく関係しています。

3番目のマイナスは主観的です。私は、銀の弾丸がターゲットにひどく命中するか、高価であるかのどちらかだと確信しています。すべての料金を支払う必要があり、AISの場合、この価格はまだ決定されていません。