网络协议逆向工程是指在不依赖协议描述的情况下,通过分析网络协议流量对协议的语法、语义特征进行提取并推断出协议状态机的过程。在网络切片及软件定义网络等技术的迅猛发展下,网络中涌现出大量定制的专有协议,未知协议的规模进一步增加,协议逆向技术将在提高网络服务质量、了解网络运行状态、监控网络恶意流量方面发挥重要作用,尤其是协议状态机逆向技术可以分析协议的行为模式,对协议漏洞挖掘、协议重用等领域产生重要影响,有助于提升网络整体运行的可靠性和鲁棒性。但目前的协议状态机逆向方法大多面向应用层协议设计,对于报文交互情况复杂、控制信令繁多的通信子网层协议难以适用,为计算机网络全栈协议准确分析带来了挑战。本文面向通信子网层协议,解决了现有方法在协议状态机逆向过程中状态定义模糊、状态标注不准确、状态机逆向结果难以反映协议状态机细节特征的关键问题,保障了通信子网层协议状态机逆向推断的准确性。具体工作如下:综述了现有协议状态机逆向方法的解决途径和发展路线。分析了通信子网层协议状态机逆向存在的挑战,包括:协议状态是一个抽象概念,如何准确地表征协议状态是未解难题;协议状态机逆向技术仅利用协议会话报文序列构建协议状态机,可用信息有限,从协议会话报文序列中挖掘可以表征协议状态的有效信息十分困难。提出了基于交互流程的通信子网层协议状态机逆向方法,以状态可接受的报文语义集合表征协议状态,通过挖掘协议报文序列中的报文语义信息对状态进行标注,提高协议状态机逆向推断的准确性。具体地,通过将通信子网层协议的运行过程建模为不同的交互流程,表征协议状态的转移过程;通过引入报文的传输方向,挖掘不同方向的报文语义信息;通过报文在会话序列中经历的前缀序列和后缀序列表征报文所处的交互流程,挖掘不同交互流程内的报文语义信息。设计了基于交互流程的通信子网层协议状态机逆向方案,根据通信子网层协议报文重复交互的特点,对协议会话序列中相同语义的报文进行提前合并,减少了会话报文序列的长度,提高了协议状态机逆向的效率。对典型的通信子网层协议TCP、OSPF和由典型协议衍生出的增强协议SCTP的状态机进行推断,结果表明,相比现有方法,基于交互流程的通信子网层协议状态机逆向方法能够推断出协议的细节特征,具有良好的推断效果。