博客

网络安全中的机器学习

F5 新闻中心员工缩略图
F5 新闻中心
2025年7月16日发布

机器学习(ML)是人工智能(AI)的一个分支,它帮助计算机识别海量数据中的模式,挖掘洞见,做出预测,并实现决策自动化。 机器学习模型无需针对每个新任务进行明确编程,通过识别趋势或异常,能随着时间不断提升性能,有效适应新信息和输入,无需人工干预。

机器学习能够发现数据流中隐藏的结构和模式,因而成为网络安全中的重要利器: 它能自动化威胁检测,加快响应速度,并识别出人类和基于预设规则的安全警报系统无法察觉的潜在风险。

鉴于现代网络威胁的日益复杂、规模扩大和速度加快,将机器学习融入网络安全变得尤为关键。 如今的威胁,尤其是未知或零日漏洞,能绕过基于静态规则和过时特征的传统安全策略。 同时,许多组织的 IT 资源紧张使安全团队人手不足,导致响应速度变慢,且在识别网络威胁时出现更多人为失误。 安全威胁本身也在不断发展和演变,犯罪分子利用人工智能和自动化发动复杂攻击,这些攻击能在数秒内实施并适应,轻松规避传统防御。

根据2025 年 F5 应用战略状况报告的调查显示,越来越多地采用机器学习和人工智能来提升网络安全。 受访者反馈:

  • 59%的企业通过自动注入安全规则,利用人工智能缓解零日漏洞风险。
  • 51% 的人希望借助生成式人工智能,自动调整安全策略、工作流程和系统配置,以高效应对威胁或新的安全漏洞。
  • 99% 的人不仅愿意用人工智能支持决策,还愿意用它实现至少一项运营功能的自动化。

本文深入探讨机器学习模型的工作机制,以及它们如何推动网络安全领域的变革。 我们将重点分析机器学习为安全运营带来的核心优势,包括其在识别和阻止各种网络攻击中的关键作用。 同时,文章还将澄清机器学习面临的常见挑战与误区,明确它在提升网络安全防御能力方面的真实能力与局限。

机器学习如何运作?

机器学习模型主要分为三种类型:

监督机器 学习通过利用人类已分析和标注的数据训练模型,帮助其识别能够预测标签的模式,并将这些模式应用于新数据的识别。 监督学习擅长对数据进行分类,准确识别分布式拒绝服务攻击(DDoS)等特定威胁的独特模式。

无监督机器学习通过在未标注数据上训练模型,使模型能自主发现数据中的潜在模式、结构或群组,并识别这些特征组合。 这种机器学习方法擅长识别新型且复杂的攻击模式,发现传入流量中的异常,并有效应对零日攻击。

强化机器学习通过反复试验不断优化模型的决策方法,基于奖励与惩罚持续尝试新策略,以实现奖励最大化。 该机器学习模型能够有效识别各种网络攻击,并且随着时间推移其检测效率持续提升。

机器学习如何推动网络安全变革

机器学习因其能够自动处理复杂任务、识别海量数据中的模式,并实时发现不断变化的威胁,正被广泛应用于各类网络安全功能中。

我们通过从日志、暗网内容和威胁报告等海量、多样的数据源中提炼出可执行的洞见,显著提升了网络威胁情报的价值,帮助你发现新兴的攻击趋势、威胁行为模式和妥协迹象。 机器学习模型擅长异常检测,它们通过学习用户、设备或应用的正常行为,精准识别出可能意味着安全漏洞、内部威胁或配置错误的异常偏离。

我们利用机器学习实时检测网络流量,识别诸如命令与控制通信、数据泄露尝试或网络内部横向渗透等可疑行为。 这对发现规避特征检测的复杂威胁至关重要。

风险评分是机器学习赋能的另一项网络安全策略。 我们利用机器学习算法通过分析多种数据点——例如用户行为、资产敏感度和威胁可能性——动态地评估和排序风险,生成基于威胁对组织潜在影响的情境感知风险评分。 这在检测机器人和恶意自动化时尤为关键,因为攻击者会伪造遥测信号来掩盖他们的活动,使其看似合法流量。 例如,他们会轮换IP地址,使用不同的自治系统编号(ASN,一个互联网网络的标识符),或更改浏览器的用户代理字符串,从而逃避检测。 机器学习通过识别多个数据点中细微且异常的模式,帮助揭露这些欺骗手法,而这些通常是人力或规则系统难以发现的。

机器学习对于恶意程序检测也非常有价值,因为它提供了超越静态、基于签名的安全方法的动态功能。 机器学习能够更快、更适应、更准确地识别已知和未知威胁,包括 以前未被发现的恶意软件,包括零日和多态变种。

我们越来越多地利用机器学习自动化渗透测试的各个环节,帮助安全专家通过模拟网络攻击来识别计算系统或平台中的安全漏洞。 机器学习能挖掘可利用的攻击路径,分析漏洞,或模拟攻击者行为,帮助您在真正攻击发生前发现和修补薄弱环节。

我们将这些机器学习应用场景划分为三大类:

  • 更快且更精准地发现威胁。  我们采用机器学习的安全方案,实时分析海量数据,精准识别异常、可疑模式和已知风险指标,显著提升威胁检测速度与准确度。 机器学习算法通过学习正常用户和系统行为,及时标记异常偏离,帮助您实时应对潜在恶意活动。
  • 主动发现并修复网络漏洞。 在攻击者利用前识别弱点,是实现主动威胁管理的关键。 我们借助机器学习支持的安全工具,利用威胁情报、仿真和建模,为漏洞评级并优先处理,实现快速修复。
  • 通过自动化重复任务提升 IT 效率。 许多网络安全操作重复且耗时,我们利用机器学习自动化这些任务,加快并保证安全操作的稳定性,让您的安全团队能专注于战略规划和决策。

机器学习在网络安全中的价值

将机器学习模型引入网络安全最重要的优势,是它能以远超人类能力的速度和规模,分析海量且多样化的数据——包括网络流量、用户行为、系统日志以及威胁情报。 机器学习能实时识别复杂的模式、关联和异常,帮助安全系统更早地发现并应对威胁,通常能在攻击造成重大损害前及时反应。 同时,机器学习算法在持续获取更多数据过程中不断优化,使检测机制不断变得更智能、更适应新的挑战。

对企业来说,这意味着安全态势更加稳固。借助支持 ML 的解决方案,您可以自动更新安全策略,识别现有短板,主动修复漏洞,并减少人为错误导致的弱点或配置失误。 采用 ML 的安全解决方案还能帮助您更快适应不断演变的网络威胁,及时发现新威胁并主动调整防御体系。 提升 IT 生产效率也是将 ML 融入网络安全的重要优势之一。 通过自动化绝大多数威胁检测和应对工作,这些系统释放您的 IT 人力资源,使其能够从容开展战略规划,并利用实时洞察与威胁情报优化作战方案。

机器学习的挑战

要充分发挥机器学习对网络安全的影响和优势,您需要获取高质量的数据和遥测信息,这些是构建准确、感知可控且高效模型的关键动力。 没有自动化的数据来源,机器学习系统将无法持续学习、优化,也无法提供有价值的洞察。 为许多组织而言,确保这些自动化数据流的畅通是一大难题。

人际技能图

组织在实施 AI 时面临的挑战(摘自2025 年 F5 应用策略现状报告

根据2024年F5数字企业成熟度指数报告,衡量自动化能力的核心标准是数字业务在多大程度上依赖数据驱动,且几乎无需人为干预。 但报告显示,仅约45%的企业实现了网络安全的自动化,40%的企业实现了应用和API安全功能的自动化,表明在提升数据自动化和安全性方面仍有巨大潜力。

在2025年F5应用战略状况报告中,近50%的受访者表示数据质量问题是采用人工智能的主要挑战,因为训练机器学习模型需要大量数据,而许多组织的数据量不足。 成本同样被认为是采用人工智能的一大难题。 机器学习虽然未来能带来效率提升,但实施过程中需要投入可观的前期费用。

54%的《应用战略报告》受访者认为,企业在采用机器学习时最大挑战是缺少具备成功实施和管理人工智能部署能力的专业人才。 将机器学习应用于网络安全需持续维护模型并正确解读结果,但人才短缺依然严峻,预计2025年网络安全职位将空缺350万个。

机器学习误区

人工智能和机器学习一样,围绕它们的误解比比皆是:

  • 误区一: 机器学习能自动完成所有任务。 其实,机器学习并非万能之术。 它需要大量高质量的数据集,并持续训练模型,才能保持有效。 缺少足够且持续的数据,模型性能随时间会下降。 而且,对于价值较低或范围有限的安全任务,开发和维护机器学习模型的成本与投入可能不划算,传统的规则系统通常更实用高效。
  • 误区二: 机器学习驱动的解决方案不会完全取代人类安全分析师。 机器学习是强大的工具,但离不开人类的监督才能高效发挥。 具备经验的网络安全专家依然关键,他们负责解读结果、提供背景,并做出机器学习模型无法实现的判断。 在需要批判性思维、经验和直觉的场合,只有人类分析师能胜任,而这些是机器无法拥有的能力。
  • 误区三: 机器学习不会让网络安全防御固若金汤。  虽然机器学习能大幅提升网络安全水平,但攻击者同样利用人工智能和机器学习研发更复杂、更隐蔽的攻击手段。 另外,人工智能模型并非刀枪不入,例如,攻击者通过操纵训练数据实施的数据中毒,能误导模型判断。 面对持续进化的威胁,您必须不断监测和更新网络安全防御,并结合人类专业经验,才能保障防御有效。

迈出网络安全中使用机器学习的第一步

机器学习提升网络安全的速度、规模和主动适应能力,已成为现代数字安全策略中不可或缺的核心,尤其适用于处理大型数据集的应用和工作流程。

在评估网络安全解决方案时,务必向供应商详细了解他们如何利用机器学习——不仅是是否使用,而要了解具体的实施方式、所需的数据类型以及带来的实际效果。 还要询问机器学习模型是否基于多样化的真实威胁数据进行训练,以及数据集的更新频率。

近二十年来,我们在应用安全和交付产品中持续运用机器学习。 比如,F5 分布式云机器人防御运用监督与无监督机器学习模型,每天分析数十亿信号,动态调整机器人的防御策略。

切勿指望机器学习能解决所有网络安全问题。 您必须持续投资并支持资深网络安全专家,因为您的团队始终离不开他们。 鉴于 IT 领域的人才紧缺,您更应珍惜现有技能,避免流失。

想了解网络安全的最佳实践和最新趋势,请查看此词汇表内容。 此外,务必访问我们的Accelerate AI 页面,随时获取F5 AI的最新动态。