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东南大学硕士学位论文 用户行为描述及跟踪机制的研究与实现 摘要 随着数字产品的普遍使用以及i n t e m e t 的快速发展，数字权限管理技术应运而生。 在复杂的数字权限管理系统中为了更好的保障权限正确执行，需要一种跟踪机制用以 描述并记录用户的行为便于事后进行权限审计验证用户所发生的行为是否违背权限 证书里规定的行为，通过对用户行为的跟踪可以确保数字产品被合理合法的使用，保 障数字内容的安全。 本文的主要工作是研究和实现一个用户行为跟踪系统。该系统的功能主要对数字 产品用户的行为活动进行描述及跟踪，以及获取用户行为规则并预测用户行为。其中 用户行为的描述方法主要基于时序描述逻辑，不仅可以表述行为的静态特征，而且能 刻画行为之间的时序关系。对于行为规则的获取，主要采用基于归纳学习特别是数据 挖掘的方法，并在此基础上提出具有推理能力的跟踪模型以便于在记录用户行为轨迹 的基础上预测用户的下一步行为，而用户行为的预测则是采用基于规则匹配的用户行 为预测模式。该跟踪模型的特点就是不仅能记录和描述用户行为轨迹，而且可以挖掘 用户行为规则并通过推理机制来预测用户将来的行为，并通过与目前普遍使用的规则 挖掘算法a p r i o r i 算法的比较分析证明了本文所述算法的优越性。 关键字：数字权限管理，时序描述逻辑，关联规则，用户行为描述 东南大学硕士学位论文用户行为描述及跟踪机制的研究与实现 w i mt h ep e a s i v eu s a g eo fd 培t a lp m d u c ta 1 1 dr a p i dd e v c l o p m e n to fi n t e m e t ，d i g i t a l 砌g h t sm a t l a g e m e m ( d i 洲) s h o u i db ee s t a b l i s h e d i nc o m p l i c a t e dd i 己ms y s t e m ，i t s r e q u i r e da 仃a c em e c h a 血s mt or e c o r du s e r sb e h a v i o r st oa u d i ti ft h o s ev i 0 1 a t ed i g i t a lr i 2 h t s 1 i c e n s ei no r d e rt oe n s u r ee x e c u t i o no f d i g i t a lr i g h tb e t t e rm a nb e f o r e t t 忙c o 删b u t i o no f 也i sp a p e ri st or e s e a r c ha n di m p l e m e n tas e to fm e c h a n i s m ，w h i c h a c q u i r e du s e r sb e h a “o r sm l e sa 1 1 df o r e c a s tu s e r sb e h a v i o r si n 血t i l r eb a s e do nd e s c r i p t i o n a 1 1 dt r a c eo fd i g i t a lp r o d u c tu s e r sb e h a v i o r s i nm i sm e c h a i l i s m ，d e s c r i p t i o nm e m o do f u s e r sb e h a v i o r si sm a j n l yb a s e do nm et e m p o r a ld e s c r i p t i o n1 0 9 i c ，r l o to n l ye x p r e s ss t a t i c c h a r a c t e r i s t i co fb e h a v i o rb u ta l s od e p i c tt e m p o r a lr e l a t i o n s l l i p 蛐o n gb e h a v i o r s t 0 a c q u i r e db e h a v i o rm l e s ，t h i sp a p e ra d o p tc o n c l u d el e a m i n g ，a n d “c o m b i n ec o n c l u d e l e a m i n gw i t ht r a c em o d e lt op u tf o n 枷t r a c em o d e lw i t l lr e a s o n i n ga b i l i “i no r d e rt o f b r e c a s tu s e r sb e h a v i o r si n6 】n 】r eb a s e do nr e c o r dt r a c ko fu s e r sb e h a v i o r s t h i sm o t l e l s o u t s t a n df 色a t u r ei sm a tc a nu t 订i z ec o n c l u d e1 e a m i n t om i n et h eb e h a v i o rm l ea n df b r e c a s t u s e r sb e h a v i o r st 1 1 r o u g hr e a s o n i n gm e c h a l l i s m ，w h i c hc o m p a r et ot h ee x i s t i n ga p r i o r i a l g o r “a 1 1 dp m v e ns u p e r i o r i t yt oa p r i o r ia l g o r i t h m k e y w o r d ：d r m ，t e l n p o r a ld e s c r i p t i o nl o g i c ，a s s o c i a t i o nr l l l e ，b e h a v i o rd e s c r i p t i o n 东南大学硕士学位论文用户行为描述及跟踪机制的研究与实现 1 1 研究背景及其意义 第一章绪言 随着数字化技术的普遍使用，以及数字化信息产业的进一步发展，越来越多 的数字化产品相继占领市场。但是目前数字化产品由于各方面原因仍存在一些问 题：伴随着数字化产品使用权的转移，而导致产品的复制权不可避免地也发生了 转移，因此任何获得信息的人都可不受约束地通过数字产品的再生产获得利益； 另一方面，在互联网这个虚拟空间里，往往无法清晰地识别用户，明确地规划和 约束用户对于数字化产品使用的行为活动，无法保障数字内容的安全。这些问题 的出现使人们急需发展某种技术用于管理、保护和控制互联网上的数字内容。 而数字权限管理技术( d i 西t a lr i g h t sm a n a g e m e n t ，d r m ) 【l j ，作为在数字 产品生产、传播、销售和使用过程中保护知识产权的技术，可遏制盗版，保护数 字内容的知识产权，保证数字产品市场销售渠道的畅通，保障作者、出版商、分 销商的利益和用户的合法权利。数字权限管理技术的基本思想是针对特定数字资 源赋予特定用户以特定使用权限及使用特定数字资源的条件，以保证数字资源能 够合理合法的使用，保障数字化产品的生产者、出版者和使用者的权利。 对于数字权限管理技术来说，关键问题在于数字权限描述模型的建立，权限 描述模型用于描述什么人在何种条件下可以对哪些资源采取何种动作，其基本思 想是通过模型描述数字产品生产，出版和使用过程中，所涉及的各个对象及其之 间的关系。目前国内外学术界提出的数字权限描述模型包括：基于四元组( 用户， 内容、权限、条件) 的简单权限描述模型 1 7 l ；基于事件的权限描述模型1o ；具有 动态特性的权限描述模型，以及基于描述逻辑的权限描述模型【l 。 为了更加有效地对数字产品用户的使用行为进行监督和管理，保证数字产品 合理合法的使用，d r m 系统迫切需要跟踪用户的消费使用过程并对其进行分析。 而目前在d r m 领域尚内未提供保证数字内容安全的跟踪机制，而跟踪机制本身对 保证数字内容合理合法使用具有重要意义。 跟踪机制在数字权限管理中主要是用于跟踪对数字内容的不恰当操作并提 供与之相关的信息，并通过分析以帮助数字权限管理系统中审计模块来确定误用 或滥用问题到底是由用户、操作系统或其它因素造成的。当无法阻止用户通过其 合法身份访问资源时，跟踪机制就可以用于记录他们的活动以便于检查。比如说 某用户通过合法途径浏览他们所订阅的电子图书，通过跟踪发现该用户在浏览期 间有频繁使用抓屏软件的记录，这也许就意味着电子图书内容可能泄漏。 但是一直以来的这些跟踪机制都是基于书面日志体系的，而这种日志体系主 东南大学硕士学位论文 用户行为描述及跟踪机制的研究与实现 要是为提供给管理员浏览和采取行动的，是方便人去理解而计算机本身是无法理 解日志的，更无从去根据这样日志采取行动；而每天都会产生大量日志记录，这 无疑大量增加了管理员的工作强度。因此，就需要一种跟踪机制能让计算机理解 日志系统并通过对行为记录的学习，在对用户行为的发生条件有清晰认识的前提 下进行行为预测，就能够避免数字资源或内容误用或滥用的情况发生，因为在 d r m 环境中，只有预知用户下一步的行为才能更好的保证数字产品的合理合法 使用，而且大大减轻管理员的负担，能够更加有效的实施审计跟踪。所以，进行 用于描述和预测用户行为的跟踪机制的研究对数字权限管理机制的完善和发展 具有重要意义。 1 2 研究现状及其分析 目前，在d r m 领域中尚未有成形的跟踪机制，而各种安全控制中的跟踪机 制( t r a i l ) 主要是记录系统活动并具有跟踪到对这些活动应负责任的人员的能力， 仅仅是系统活动的流水记录( 即日志记录) 。跟踪通过书面日志提供应负责任人员 的活动证据以支持审计的实现。跟踪机制记录系统活动和用户活动。系统活动包 括操作系统和应用程序进程的活动；用户活动包括用户在操作系统中和应用程序 中的活动，这些用户行为轨迹通过书面的方式记录在系统中以备日后管理员进行 审查。而本文中的跟踪机制主要是能让计算机理解用户行为，以便于对行为记录 进行学习。 为了便于计算机能够理解用户行为轨迹，m p e g 2 1 组织采用r d d ( 黜曲t s d a t a d i c t i o n a r y ) 方法来实现的，它规范用户动作的语义描述，为各种权限表达 语言之间对动作不同描述提供语义映射作用【l9 1 ，但是这仅是用户动作的静态描 述。g u i l t c re ta 1 【1 0 】认为用户的行为应该是一条时间轴上的动作轨迹，同一时刻 只能发生一个动作，并运用程序语义来表达时间轨迹上的动作序列，而权限证书 ( l i c e n s e ) 就是这些时序上相关的动作序列的集合。c c a r d op u c e l l a 和c k y w e i s s m a l l 【7 j 也同样认为数字权限规定的是用户的动作序列，用一个二元组 ， 表示用户在某时刻t 所允许和必须的动作集合，而用户的这些动作之间又是时序 相关的，因此进一步提供一个线性时序逻辑推理机制进行数字权限推理。 上面所进行的研究要么是讨论用户行为的静态特征，要么就是用时序逻辑来 表述用户行为。而a l e s s a i l d r oa r t a l e 和e 面c of r a i l c o n i i l i j 【1 2 j 指出行为应该由作用 在其静态特征上的时序约束来表示，而这些静态特征指的是在一个具体时间上行 为所具有的属性集合，由于描述逻辑自身的诸多特点足以表示静态领域中的动作 以及他们之间的静态关系，而通过描述逻辑时间方面的扩展可以用来刻画用户动 作行为之间的时序关系。基于这样的思想，他们考虑将能够表达时间间隔之间时 序关系的时序逻辑t l 和表示静态信息的特征描述逻辑a i ，c f 逻辑结合为时 东南大学硕士学位论文 用户行为描述及跟踪机制的研究与实现 序描述逻辑t l a l cf ，以描述时序变化的行为规划。 1 3 研究目标与内容 本文基于时序描述逻辑【5 】1 6 l 结合数字权限的特点，用形式化的逻辑方法来描 述在数字权限跟踪过程中所形成的用户行为序列让计算机能够理解用户行为并 进行推理，从而在此基础上通过机器学习从序列中提取用户行为规则、兴趣进行 推理，以预测用户将来可能进行的行为，确保数字权限的顺利执行。 本文作为国家高科技研究发展计划( 8 6 3 计划) ”基于x m l 的数字权限管理技 术”( 课题编号2 0 0 2 a a l 4 4 0 7 0 ) 的重要组成部分，其主要工作是在数字权限跟踪中 对用户行为进行描述及跟踪。其中用户行为的描述方法由用户行为序列静态特征 描述方法，即行为本身内部特征以及行为之间的静态关联的描述方法和用户行为 序列时序特征描述方法两部分组成。对于用户行为序列时序特征描述方法，重点 放在行为之间的时序关系的研究上。 跟踪系统的研究主要集中在研究基于归纳学习的用户行为规则获取及基于 规则匹配的用户行为预测模式的研究。在以上的基础上，建立原型系统，即实现 整个建立在分布式网络环境之上，架构基于以c s 为主，b s 为辅的原型系统 1 4 研究方法及路线 本文的主要工作是探讨在数字权限跟踪中使用基于时序描述逻辑的用户行 为描述方法以及推理预测机制，并研究其原型系统的设计实现方法。 首先，本文构建了一个时序描述逻辑系统来描述数字产品用户的使用行为。 由于数字产品用户的消费使用行为不仅包括行为的基本属性以及行为之间的静 态约束，而且还包括行为发生过程中行为之间的时序关系。因此，描述用户的消 费使用行为不仅要考虑到用户行为的静态特征也要考虑到用户行为的时序关联。 同时，为了跟踪权限的执行过程，便于限制和预测用户在数字内容消费过程中的 行，还要精确描述用户在数字产品消费过程中发生的行为语义。 因此，本文在时序描述逻辑的基础上，结合数字权限管理特点，提出一种用 于描述用户行为的数字权限时序描述逻辑系统，以描述在数字产品使用过程中 形成的用户行为序列。它将用户行为的静态描述与时序关系相结合，由于描述逻 辑自身的优点足以表示行为中的静态特征以及他们之间的静态关系，而通过描述 逻辑在时间方面的扩展可以用来刻画用户动作行为之间的时序关系。 随后，本文利用机器学习和数据挖掘技术，特别是数据挖掘，提出了基于 f p 树的时序关联规则挖掘及增量更新算法。这种算法利用分治法，将时序关联 规则挖掘的任务分解为若干小任务，将用上述逻辑系统描述的行为示例库压缩到 东南大学硕士学位论文用户行为描述及跟踪机制的研究与实现 一个改进的频繁模式树( i f p - 树) 中，但仍保留行为的所有关联信息；然后针对每 个频繁行为，对i f p 一树进行挖掘得到满足要求的行为时序关联规则。这种算法 就可以高度浓缩压缩行为库，而且避免代价较高的行为示例库扫描。 为了推理预测用户可能发生的行为，本文设计一套推理机制利用行为规则集 构建时序推理网络，对已知的用户行为进行匹配搜索，并根据一定的策略从众多 匹配成功的规则中选取所求的规则，从而得到用户最有可能发生的下一步行为。 最后，本文将利用基于服务器端体系结构的技术设计并建立一个原型系统， 在这个原型系统中，将利用w e b 技术、t c p i p 通讯技术，以及a g e n t 技术来实 现本文所提出的逻辑系统及其推理机，同时对用户行为关联规则挖掘更新算进行 验证并分析其性能。 1 5 本文结构安排 本文共分为6 章：第一章绪主要介绍本文的研究背景、意义、内容、及其技 术路线，以便后续章节对其中的内容作进一步阐述；第二章主要介绍了数字权限 管理技术及数字权限表达模型，并在分析了两类时序描述逻辑系统之后提出数字 权限时序描述逻辑系统用以描述用户行为；第三章在前一章描述用户行为的基础 上提出了具有推理能力的数字权限跟踪模型，以便于对描述出来的用户行为进行 学习并预测下一步用户行为，因此本文设计了用户行为时序关联规则获取及增量 更新算法，以及预测用户行为的推理机制。第四章提出完整的数字权限跟踪工具 系统架构，并对原型系统进行概要设计和详细的模块设计；第五章原型系统的实 现运用各种实用技术按照上面的设计实现该原型系统以验证其可行性及实用性， 并对相关算法进行性能分析。最后，在第六章结束语中总结本文所做的研究工作， 指出尚未解决的和有待改进之处。 东南大学硕士学位论文 用户行为描述及跟踪机制的研究与实现 第二章基于时序描述逻辑的用户行为描述模型 随着数字时代的到来，越来越多的数字产品呈现在我们面前，也有越来越 多人去使用数字产品，而数字产品的误用行为或滥用行为往往会损害生产者和消 费者的权益，因此就产生了数字权限管理系统来规范数字产品的使用。而由于数 字时代的不断发展，使用数字产品的行为也日趋复杂，这就需要引入用户行为描 述模型对数字产品消费者的消费行为进行描述，而在人工智能领域内的时序描述 逻辑由于能够体现用户行为的时序关联以及静态关联而能够很好地适应这一需 求，因此就产生了基于时序描述逻辑的用户行为描述模型。而该模型的关键就是 设计一种基于时序描述逻辑的形式化系统来描述用户行为活动以便计算机能够 理解用户行为。 因此本章在介绍了数字权限管理技术，以及时序描述逻辑及其相关概念之 后，在分析总结了前人研究的基础上提出基于时序描述逻辑的数字权限时序描述 逻辑系统。 2 1 数字权限管理技术 自从2 0 世纪9 0 年代以来，i n t e m e t 的迅猛发展使得i n t e r n l e t 遍布世界的每 个角落，也就是i n t e m e t 的蓬勃发展引发了数字产品内容递送方式和服务访问方 式的革命。从事知识产权交易及生产数字产品的行业对于网络递送的依赖越来越 强烈，但是数字产品的最终用户的不正当行为将直接蚕食着信息版权所有者和合 法经营者的应得利益。 在信息经济时代，信息为人们提升自身价值，增强个人的社会竞争能力发 挥着举足轻重的作用，信息的价值得到前所未有的认同，人们对于信息的需求潜 力以及消费能力与日俱增。但是，由于信息自身的特点，最终用户无意或有意地 对有价信息进行任意的拷贝、粘贴，尤其是无所顾及的二次传播( 如：磁盘复制、 e m a i l 、网络共享等) ，以几何级数的速度消耗了潜在的用户资源。尤其在互联网 时代的今天，非正常渠道、非合法身份获取信息的便利与低廉，直接影响和左右 着着信息产品的价格与市场，抑制和阻碍了信息价值的实现。因此，人们急需发 展某种技术用于管理、保护和控制i m e m e t 上的数字内容。这种技术就是d r m ( d 珥t a lr j g 如sm a l l a g e m e n t ，数字权限管理) 2 1 1 数字权限管理技术的基本含义 数字产品就是产品的数字化，成为新经济时代的典型标志之一。依托计算 东南大学硕士学位论文 用户行为描述及跟踪机制的研究与实现 机技术和互联网技术，在信息的储存、处理、分析和挖掘等方面体现了无可比拟 的优势。但是，目前数字产品也不可避免地暴露出其致命的弱点： 、伴随着数字化信息使用权的转移，信息再生产权利不可避免地也发生 了转移。由此导致任何获得信息的人都可不受约束地通过信息再生产获得利益。 、在互联网这个虚拟的数字空间里，往往无法清晰地识别用户，明确地 规划和约束用户对于信息使用的行为。 以解决上述问题为目的，就形成当前信息产业中包括：m i c r o s o f t 、a d o b e 等 软件企业巨头参与其中的前沿技术领域数字权限管理( d r m ) 技术。它通过在 数字空间里，不可伪造地识别用户，授予用户的权利范围权利、规范用户的行为 方式来保障数字化信息的作者、出版商、分销商利益和用户的合法权利，促进数 字内容市场的繁荣。 对于数字权限管理技术来说，其关键核心问题在于数字权限描述及其模型的 建立下面我们将介绍目前主要的几种数字权限表达描述模型。 2 1 2 数字权限表达模型的类型 数字权限管理系统主要负责数字产品在整个递送链上的版权保护，它必须 定义什么人在何种条件下可以对哪些资源采取何种动作，因此进行数字产品的版 权保护，就必须建立一种模型来描述这些信息，这种模型就是数字权限表达描述 模型，其基本思想是通过模型描述数字产品生产，出版和使用过程中，所涉及的 各个对象及其之间的关系。 1 ) 、简单的权限表达模型 简单的权限表达模型清楚地分离三个核心实体，即：用户、内容和权限( 如 图1 ) 。数字产品用户的类型可能是多种多样的，既可以是版权持有者，也可以 是最终用户。内容则可以是任何集合层次上任何形式的内容。权限主要是表示数 字产品用户与内容之间各种许可、限制和义务。如果把权限执行时的条件、限制 等抽象成另一个核心实体，模型就变成一个四元组( 用户、内容、权限、条件) ， 这是比较简单的权限表达模型。x r m l 【1 7 1 和o d i u 就是基于这种简单模型的权限 表达语言。 6 东南大学硕士学位论文用户行为描述及跟踪机制的研究与实现 图2 1 简单权限表达模型 2 ) 、基于事件的权限表达模型 由于目前的权限表达语言并不具备形式语义，尽管它们的表达能力很强，但 由这些语言描述的1 i c e n s e ( 许可) 有时可能会让用户尤其是用于验证l i c e n s e 的 软件模块在验证时产生模棱两可的感觉。为了消除这种模糊性，g u n t e re ta 1 【4 1 借鉴程序语言的形式语义设计了一个基于事件的权限表达模型。基于事件的权限 表达模型的思想如下：一组e v e n t 构成的序列称作r e a l 时，而l i c e n s e 是由r e a l i t y 的集合构成。r e a l i t y 可看作是一条时间轨迹，在这条轨迹上表示的一系列动作都 是l i c e n s e 允许的，而且同一时刻只能发生一个动作。另外p u c e i l a 和w e i s s m a l l 在他们的文章“a l o g i c f o r r p a s o n i n ga b o u t d i g i t a l 鼬g h t s ”中以g u n t e r 的语言为 背景开发了一套权限的逻辑推理机制，这为最终权限验证提供了理论上的依据。 3 ) 、具有动态特性的权限表达模型 c h e u l l n g e n c h o n 6 1 提出了一种基于m u l t i s e t 重写和逻辑编程的权限语言 l i c e n s e s c r i p t ，该语言与其他权限表达语言的不同之处在于它分成静态部分和动 态部分。关于内容的术语和使用条件构成静态部分，这些术语和使用条件一般都 是按照法律、规章和商业规则产生的，用p r o l o g 的子句表达的。c h e u l ln g e nc h o n i 又提出由于1 i c e n s e 是在不断变化的上下文中使用，因此1 i c e n s e 也必须具有发展 变化的能力。所以l i c e n s e s c r i p t 中的动态部分将l i c e n s e 看作是某个m u l t i s e t 的 个元素，在这个m u l t i - s c t 中可以应用重写规则。这些规则描绘了上下文( 设 备和系统) 按照l i c e n s e 行事的方式。这样一个l i c e n s e 就有了双重性( 静态和动 态) ，这两个层次是由一组表现当前状态的b i n d i n g s 联系起来的。 上述的权限描述模型虽然都对用户行为进行精确的描述，但是他们都只从用 户行为的某一个方面，或是静态描述，或是时序关联上进行描述，而没有将用户 行为放到时刻变化的环境中去考虑。实际上，真实环境中的用户行为是这两方面 共同作用的结果。因此，用户行为描述模型需要将静态描述与时序关联相结合， 既要描述行为中的静态特征以及他们之间的静态关系，同时又能刻画用户动作行 为之间的时序关系。 7 东南大学硕士学位论文 用户行为描述及跟踪机制的研究与实现 2 2 时序描述逻辑系统及相关理论 描述逻辑( d e s c r i p t i o nl o g i c ，d l ) 嘲是基于对象的知识表示的形式化，是一阶 谓词逻辑的一个可判定子集它与一阶谓词逻辑不同的是，描述逻辑系统能提供 可判定的推理服务描述逻辑的重要特征是它具有很强的表达能力和可判定性， 它保证推理算法总能停止，并返回正确结果 但是由于描述逻辑的表达能力相当有限只能表示静态的世界，不能充分表 达用户行为的时序性，而描述逻辑在时间方面的扩展可以用来捕捉动态领域的发 展和行为，因此，这就需要我们对描述逻辑进行时间方面的扩展来描述用户行为 之间的时序性。要表达和推理时间相关的概念，可以有几种不同的方法，它们之 间的不同在于： 1 、使用的时间概念不同，主要有2 种概念，分别是基于时间点和基于时间间 隔的时间概念。基于时间点的时序描述逻辑通常结合时态逻辑【3 】，通过引 入时态逻辑的算子和语义来使得描述逻辑能够表达时间概念。后者通常使 用结合了时间间隔约束的模态逻辑，如删4 1 ，它在满足全部表达能力的 时候是不可判定的。 2 、添加时间维度的方法不同，有显式和隐式之分。显式方法通常采用时间算 子表示有关时间的概念。隐式方法通过嵌入基于状态改变( s t a t e c h a l l g e ) 的语言把时间信息隐含在语言中【6 。 3 、显式表达时间时，还有外部视点和内部视点的区分。外部视点【7 】认为同一 个个体在不同的时间有不同的快照，这些快照表达了个体当时的状态和属 性。采用这种方法的时序逻辑可以认为是模块化的：语言不受时间影响的 部分描述了静态的方面，和时间有关也就是和不同的快照相关的部分描述 了动态的方面。内部视点则认为一个个体的不同状态是不同的个体成分： 一个个体就是它在各个时间的“部分”的集合，每个部分对应一个特定的 时刻【8 。 本节主要将分别具体介绍运用两类时间概念来描述时序性的时序描述逻辑， 以便于进一步地将时序描述逻辑与数字产品用户行为描述模型结合。同时，本节 在分析了这两类时序描述逻辑优劣的基础上，根据数字权限的特点采用基于时间 间隔的方法来表达时间概念。 2 2 1 基于时间点的时序描述逻辑系统 对时间的描述最基本的能力是表达过去和将来的能力。基于点的时间表示的 时序描述逻辑通常采用模态逻辑的表示方法引入时态逻辑的算子从而将描述逻 辑和时态逻辑结合。 东南大学硕士学位论文用户行为描述及跟踪机制的研究与实现 引入个符号+ ( e x i s t e r n i a lf u t i l r e ) 表示将来存在某时刻的可达关系，也就 是表示将来存在某一时刻满足条件的对象的集合。同样可以定义对过去引入类似 的符号一( e x i s t e n t i a lp a s t ) 。 再引入一个符号口+ 1 1 i v c r s a if u t u r e ) ，定义为_ 1 + _ 1 。也就是将来任意时 刻都满足条件的对象集合。类似的有口。( u i l i v c r s a lp a s t ) 。 为了表达更精确的时间概念，引入u ( u m i l ) 和s ( s i n c e ) 。c e ，d 表示直到 变为满足d 之前一直满足c ，也就是满足c 直到变为满足d 。同样，s 是关于 过去的类似算子，c s d 表示从过去满足d 的某一时刻开始一直满足c 到现在。f 2 2 2 基于时间间隔的时序描述逻辑系统 在基于时间点的大多数表达法中，时间被假设成离散的。表达式在每个时间 点被解释，但是对于在时间点之间发生了什么无法表达出来。而基于时间间隔的 时序描述逻辑系统则将时间间隔作为研究对象，来描述时间间隔中发生的行为。 基于时间间隔的时序描述逻辑系统中的时序逻辑部分可以看成是基于点的 时序逻辑的扩展，仅仅将解释和推理中的时间点t 替换成了时间间隔 s ，p 。 是一个闭合的间隔，包括时间点s ，t 之间的所有点。这样的时序逻辑对于时间点 仅仅有一个假设：任意两点间的时间点的集合是有序的。分叉的和线性的时间， 连续的和离散的时间，有界和无界的时间等都可以采用这种逻辑。比如，在s ，t 之间可以存在无限多个点，表达连续的时间概念。 间隔间的1 2 种关系( t h e a l l e n si m e r v a lr e l a t i o n s h i p s ) r e l a t 幻na b b r i n v e r s ef b e 缸m ( i ，j )b m e e t s ( 蟊j )m o v e r i a p s ( i ，j ) o g t a n s ( i ，)s d u i ”g “，j )d 竹n i 5 h 器( ，j )f 图2 2 时i 司i 可隔的1 2 种关系 时间点之间的关系很简单，对于两个可比较的不同的时间点来说，只有前、i 后两种关系。当考虑时间间隔的时候，问题就多了一些。两个间隔之间可以有 b e f o r e ，m e e t s ，d u r i n g ，o v e r l a p s ，s t a r t s ，f l l l i s h e s ，e q u a l ，a r e r ，m e t _ b y ，c o n t a i n s ， o v e r l 印p e d b y ，s t a n e d - b y ，f i n i s h e d b y 等多种关系。除相等外大致可以概括为1 2 种关系，引入6 个模态算子 和它们的转置 ( 实际上仅用 和它们的转置 东南大学硕士学位论文用户行为描述及跟踪机制的研究与实现 就可以表达这1 2 种关系) 。算子的语义： 妒在间隔 上为真，如果在 ( t t ) 间隔p 为真。表达式被解释为使表达式为真的所有间隔的集合。 表达式在一个间隔上的真值和它在这个间隔的部分上的真值的关系：一种是 在间隔的开始处为真就在整个间隔为真，一种是在间隔的所有子间隔上为真才。在 该间隔上为真。f 搭对此没有作任何假定。也就是，表达式在某个问隔上为真并 不一定意味着在其中的某个子间隔也为真。实际上，表达式的解释是表达式为真 的间隔集合，子间隔和间隔在这些集合中仅仅是不同的元素，和其他的任意间隔 对相比并没有特别之处。 可判定的基于时间间隔的时序描述逻辑t l a l c f 用描述逻辑a l c f 结合时 序逻辑t l 来表达时序相关的概念。t l a l c f 概念表达式解释为时间间隔和个 体的二元组 的集合，关系解释为 。其中# 表示当前间隔。c a x 表示 x 间隔上的概念c ，如果c 是一个概念表达式，这就意味着将其中出现的# 解释 为x 。 2 3 基于时序描述逻辑的用户行为描述模型 数字产品用户的消费行为活动既包括行为的基本属性以及行为之间的静态 约束，又包括消费过程中行为之间的耐序关系。因此，描述用户行为不仅要描述 用户行为的静态特征而且要描述用户行为的时序关联。同时，为了跟踪权限的执 行过程，便于限制和预测用户在数字内容消费过程中的行为并审计其合理性，就 必须精确描述用户在数字产品消费过程中发生的行为语义。由于权限描述模型用 于规定用户在什么情况下必须产生什么样的行为，所以权限描述模型必须描述用 户行为；而时序描述模型本身就是表达行为之间时序关系的一种手段。 因此，本节分析了目前用于描述用户行为的权限描述模型以及时序描述模 型，并在此基础上建立了基于时序描述逻辑的用户行为描述模型。为了使模型具 有表达和推理能力，本节在结合数字权限特点的基础上提出一套基于时序描述逻 辑的形式化系统一一数字权限时序描述逻辑系统( d 佃l s ，d i 醇a lr i g h t s t e m p o r a ld e s c r i p t i o nl o g i cs y s t e m ) ，以描述数字产品使用过程中形成的用户行为 序列，便于限制和预测用户在数字内容消费过程中的行为并审计其合理性，确保 数字权限管理的顺利执行。 本节首先分析了用户行为描述模型的研究现状，然后提出了基于时序描述逻 辑的用户行为描述模型，并着重介绍该模型的核心模块d r t d l s 的系统框架及其 语言系统，并提出d r t d l s 的语义规则及相应的推理规则，最后就d r t d l s 的应 用展开讨论并进行总结。 东南大学硕士学位论文用户行为描述及跟踪机制的研究与实现 2 3 1 用户行为描述模型的现状 对于用户行为活动的描述，m p e g 2 l 组织采用i d ( r i 曲t sd a t ad i c t i o n a r y ) 方法来实现的，它规范用户行为的语义描述，为权限表达语言之间动作描述提供 语义映射，如，可扩展的权限标记语言( e x t e n s t b l er i g h t sm 矾a 】pl a l l g u a g e ， x r m l ) 、开放数字权限语言( o p e nd i g i t a lr i g h t sl a l l g u a g e ，o d r l ) 【1 3 】。基于 o n t o l o g y 的权限描述语言( o r e l ) 【“】在此基础上进一步提出了基于描述逻辑的数 字权限描述模型和相应的描述语言。但是这些只是把用户行为作为静态概念来加 以描述，即是描述行为本身内部特征以及行为之间的静态关系，却忽略了其在时 序上的特征。 国外学者g “h 陀，酊日f i l o 】认为用户的行为序列应该是一条时间轴上的动作轨 迹且同一时刻只能发生一个动作，并运用程序语义来表达时间轨迹上的动作序 列。权限证书( l i c e n s e ) 就是规定允许发生的这些行为序列的集合，数字内容合理 合法的使用就是允许用户对该数字产品实施“c e n s e 所规定的行为序列，而屏蔽 其他的行为序列。尺f c c r 力p “c p 妇和m 咖耽地彻【9 j 同样认为数字权限规定的 是用户的动作序列，并构造一个二元组 ，表示用户在某时刻t 所允许 ( p e 玎n i t t e d ) 和必须( o b l i g e d ) 的动作集合，而用户的这些动作之间又是时序相关的， 因此，他们在此基础上进一步提供一个线性时序逻辑推理系统l i c 进行数字权限 使用合理性推理。他们在强调用户行为的时序特征的同时，却忽略了用户行为本 身的静态特征以及相互之间的静态关联。 综合上述两方面的研究，a 把s 硼砌o4 r 胁把和幽，f c d 乃口n c o ”一m 峙目出动作 应该是静态描述与时序关系相结合，由于描述逻辑自身的特点足以表示行为中的 静态特征以及他们之间的静态关系，而通过描述逻辑在时间方面的扩展可以用来 刻画用户动作行为之间的时序关系。基于这样的思想，他们考虑将能够表达时间 间隔之间时序关系的时序逻辑t l 和表示静态信息的特征描述逻辑a l c f 逻 辑结合为时序描述逻辑t l a l c e 以描述行为规划。 作为t l a l c f 的时序部分，时序逻辑儿可以看成是基于点的时序逻辑的扩 展，仅仅将时间点t 替换成了时间区间【s ，t 】。 s ，t 】是一个闭合且有序的区间，包 括时间点s ，t 之间所有点，在此基础上，将每个命题表达式映射到一个使其为真 的闭合区间集合上。儿采用时序关系集合来表示时间区间之间的时序关系，并 通过这些时序关系推理出任何两个时间区间之间的时序关系。 作为t l a l c f 的静态部分，a l c f 逻辑在描述逻辑a l c 的基础上引入特征 ( f e a t u r e ) 函数来描述信息的静态特征，4 彪邸彻西o4 ，衄如和凸r f n d n 月f 将行 为作用的时间区间与行为的静态信息绑定在一起，并结合时序算子来表达时间轴 上的行为活动。其推理机制是通过描述逻辑在时序关系上扩展形成的逻辑系统来 实现。 东南大学硕士学位论文用户行为描述及跟踪机制的研究与实现 2 3 2 基于时序描述逻辑的用户行为描述模型 用户行为序列主要是指数字产品用户在数字权限管理系统中所完成的行为 序列，而行为序列的描述是由两部分组成：行为本身内部特征以及行为之间的静 态关联即行为静态特征：行为之间时序特征即行为的时序关系，这里假设行为序 列中的行为是作用在同一个时间轴上并通过时序关系关联。因此，我们所建立的 用户行为描述模型由用户行为的静态模型和用户行为的时序模型组成。 1 、用户行为的静态模型 用户行为的静态模型是以描述逻辑为基础的。描述逻辑是一阶逻辑的可判定 子集，其基本思想是基于静态概念和关系。其特点是具有可判定的强表述能力， 它可以保证始终能找到有合适解的推理算法，有利于描述行为的静态特征，以及 在多项式时间内推理行为之间的静态关系。因此，用户行为的静态特征即用户行 为概念及其关系比较适合采用描述逻辑表达。 在数字产品消费过程中，我们通过在最基本的描述逻辑a l c 【1 1 j 基础上引入 特征( f e a t u r e ) 函数，即a l c f 【1 2 ，来描述用户行为的静态特征，并基于一些原子 概念和关系使用描述逻辑中的构造算子构造复杂概念和关系。 从d r m 角度来看，d r t d l s 的用户行为静态模型( 图2 3 ) 反映用户行为在数 字产品消费过程中所具备的静态特征：此模型是以a c t i o n ( 行为) 概念为核心，而 a c t i o n 又由p r i n c i p a l ( 主体) ，o b j e c “对象) ，a c t ( 动作) 三个概念共同来描述其静态 图2 3 用户行为的静态模型图2 4 静态模型应用示例 信息，其中p r i n c i p a l 是行为的执行主体概念；o b j e c t 是行为作用的对象概念： a c t 是行为中所执行的动作概念。每个概念都可以通过s u b c l a s s o f 关系分别进行 派生。一个行为包括执行动作及其对应的主体和作用对象。因此，a c t i o n 通过 h a s p 血c i p a l ，h a s a c t ，h a s o b j e c t 关系分别与概念p r i n c i p a l ，a c t ，o b j e c t 关联。图2 4 东南大学硕士学位论文用户行为描述及跟踪机制的研究与实现 给出该静态模型示例：概念a c t i o n 的个体c 有三个属性h a s p r i n c i p a l ，h a s a c t ， h a s o b j e c t 关系分别与概念p 血c i p a l ，a c t ，o b j e c t 关联，其中p 是p r i n c i p a l 的个体， o 是0 b j e c t 的个体，p l a y 是a c t 的子孙类而x 又是p l a y 的个体，因此x 也是a c t 的个体，所以c 可以由这三个属性值分别为p ，x ，o 来描述。 2 、用户行为的时序模型 引入行为的时序模型的目的主要是为了对用户行为之间的时序关系进行推 理，而对于用户行为的时序描述，则在描述逻辑的基础上进行基于时间区间的时 序方面的扩展来表达行为之间的时序关系。而行为之间的时序关系也就是行为所 基于的时间区间之间的时序关系。这些时间区间之间带有时间约束，可以精确地 描述时间区间之间的关系。在此基础上，我们就可以用时序上相关的概念来描述 我们所关心的用户行为的时序关系，通过时序关系可将多个用户行为构造为用户 行为序列。 根据数字权限管理中对用户动作的描述，用户动作必定要耗费时间，从而这 样只有采用基于时间区间的时间概念。在时间区间的构造方面，将时间点作为最 基本的元素，时间区间由时间点来构造。 t r ：表示时序关系 图2 5 用户行为的时序模型 因此，在用户行为的时序模型( 图2 5 ) 中，对于每个a c t i o n 来说，使用区间 概念i n t e a l 来表示该a c t i o n 的时间信息：i n t e r v a l 表示时间区间，可以用区间【t i ， t 2 】来表示。一个a c t i o n 总是在一个具体的时间区间内发生，用 表示。t r 表示时间区间之间时序关系，比如m e e t ，s t a n ，f i n i s h ，e q u a l 等，即体现 a c t i o n 之间的时序关系。这样的时序模型从直观上解释了用户行为的时序特征是 由时时间信息i n t e r v a l 与时间之间关系即时序关系r 组成。 在以上的模型基础上，用户行为序列可以按照以下规则构造： 1 ) 、单个二元组 是用户行为序列； 2 ) 、若a 1 ，a 2 是用户行为序列，则a l a 2 ( a 1 ，旺2 进行顺序连接) 是用户行为 序列： 3 ) 、若c 【是用户行为序列，则0 【1 ( a 的i 次连接) 是用户行为序列，其中规定 c 【o ：= ，n l + 1 ：= 旺i c 【，其中上表示空行为，而空行为所包含的动作是空动 作，i n ： 东南大学硕士学位论文 用户行为描述及跟踪机制的研究与实现 下面将详细讨论该模型的核心模块d r t d l s 逻辑推理系统的建立。 2 3 3d r t d l s 的语言系统 描述逻辑是建立在概念( c o n c e p t ) 和关系( r d e ) 的基础上，将概念c 解释为具 有共同属性的个体( i n d i v i d u a l ) 的集合，而关系r 解释为这些个体集合之间的二元 关系，概念可以由原子概念和静态二元关系通过构造算子建立起来。在描述逻辑 中使用构造算子u 、几、一来描述集合上的并、交、补，v r c 则解释为与概念c 中个体成r 关系的所有个体集合，j r c 解释为存在与概念c 中个体成r 关系的 个体集合，这种最基本的描述逻辑称作a l c 。例如，概念m p e g f i l e 可以如下定 义：m p e g f i l e = 只把厂 | c o 盱把她f s f c 门v 而m