Penetration testing is a security exercise aimed at assessing the security of a system by simulating attacks against it. So far, penetration testing has been carried out mainly by trained human attackers and its success critically depended on the available expertise. Automating this practice constitutes a non-trivial problem, as the range of actions that a human expert may attempts against a system and the range of knowledge she relies on to take her decisions are hard to capture. In this paper, we focus our attention on simplified penetration testing problems expressed in the form of capture the flag hacking challenges, and we analyze how model-free reinforcement learning algorithms may help to solve them. In modeling these capture the flag competitions as reinforcement learning problems we highlight that a specific challenge that characterize penetration testing is the problem of discovering the structure of the problem at hand. We then show how this challenge may be eased by relying on different forms of prior knowledge that may be provided to the agent. In this way we demonstrate how the feasibility of tackling penetration testing using reinforcement learning may rest on a careful trade-off between model-free and model-based algorithms. By using techniques to inject a priori knowledge, we show it is possible to better direct the agent and restrict the space of its exploration problem, thus achieving solutions more efficiently.


翻译:渗透测试是一项安全工作,目的是通过模拟攻击来评估系统的安全性。到目前为止,渗透测试主要是由受过训练的人类攻击者进行的,其成功与否主要取决于现有的专业知识。 将这种做法自动化是一个非三重问题,因为人类专家可能试图对一个系统采取一系列行动,而她决定决定所依赖的知识范围难以捕捉到。在本文中,我们集中关注以捕捉旗帜撞击挑战的形式表示的简化渗透测试问题,我们分析无模型强化学习算法如何有助于解决这些问题。在模拟这些测试时,将国旗竞争作为强化学习问题来抓,我们强调,渗透测试的具体挑战是发现当前问题结构的问题。然后我们表明,如何通过依赖向代理人提供不同形式的先前知识来减轻这一挑战。我们以此展示,如何利用强化学习来进行渗透测试的可行性取决于在无模型和基于模型的算法之间谨慎的取舍。我们通过使用技术来引导更高效的解决方案,从而限制空间代理人实现更好的空间探索问题。

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