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基于随机Petri网的铁路时间同步网协议脆弱性分析

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铁道学报 2017年第8期39卷 85-92页

作者：兰丽张友鹏兰州交通大学电子与信息工程学院甘肃兰州730070 兰州交通大学自动化与电气工程学院甘肃兰州730070

针对铁路时间同步网的时间同步协议脆弱性问题,提出将随机Petri网(SPN)和马尔科夫链相结合进行协议脆弱性分析。剖析铁路时间同步网的结构、协议执行流程,建立铁路时间同步网中时间同步协议在中间人攻击作用下的SPN模型;分析影响协议脆... 详细信息

针对铁路时间同步网的时间同步协议脆弱性问题,提出将随机Petri网(SPN)和马尔科夫链相结合进行协议脆弱性分析。剖析铁路时间同步网的结构、协议执行流程,建立铁路时间同步网中时间同步协议在中间人攻击作用下的SPN模型;分析影响协议脆弱性的相关状态,得到协议脆弱性相关状态的实施速率与协议正常结束状态和异常结束状态稳态概率之间的关系曲线;确定影响铁路时间同步网中时间同步协议脆弱性的具体因素。研究结果可为维护铁路时间同步网及制定相应性能指标提供借鉴。

关键词：铁路时间同步网网络时间协议随机Petri网脆弱性分析

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基于SD模型的跑道侵入风控网络脆弱性分析

中国安全科学学报 2021年第4期31卷 41-48页

作者：吴维罗欣然魏明中国民航大学空中交通管理学院天津300300

为量化评估跑道侵入风险水平,分析核心致因要素在风控网络中的脆弱性特征,首先根据跑道侵入案例及专家经验,系统识别跑道侵入风险致因,利用灰色关联理论分析影响致因关联度,确定核心控制要素;然后分析各要素间相互作用机制,建立系统动力... 详细信息

为量化评估跑道侵入风险水平,分析核心致因要素在风控网络中的脆弱性特征,首先根据跑道侵入案例及专家经验,系统识别跑道侵入风险致因,利用灰色关联理论分析影响致因关联度,确定核心控制要素;然后分析各要素间相互作用机制,建立系统动力学(SD)模型,引入贝叶斯网络和综合权重确定方法设计SD方程;最后脆弱性仿真与分析跑道侵入风控网络,确定其脆弱性,并通过组合策略分析提升风控网络韧性。结果表明:结合历史数据使用贝叶斯网络和综合权重确定方法能够提升SD模型的客观性和精度;管制员指令不及时、通信中断概率上升、流量增长快和监管投入降低为网络脆弱点;加大培训与增加经验、增加人员与加速设备更新等风控策略对提升网络韧性具有明显替代性,在大流量场景下加强监管策略作用效果被平抑。

关键词：系统动力学(SD) 跑道侵入风控网络脆弱性分析模糊综合评价贝叶斯网络

考虑电动汽车接入的电力系统脆弱性分析方法研究

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考虑电动汽车接入的电力系统脆弱性分析方法研究

作者：何晓凤西南交通大学

学位级别：硕士

电动汽车作为一种绿色环保的新型电网负荷,受多重随机因素影响,表现出随机负荷的不确定性。规模化电动汽车接入配电网,对配电网安全运行带来巨大的冲击:改变电网的网架结构和潮流分布,造成负荷波动,增大电网负荷峰谷差,拉低电网电压与频... 详细信息

电动汽车作为一种绿色环保的新型电网负荷,受多重随机因素影响,表现出随机负荷的不确定性。规模化电动汽车接入配电网,对配电网安全运行带来巨大的冲击:改变电网的网架结构和潮流分布,造成负荷波动,增大电网负荷峰谷差,拉低电网电压与频率,对电网安全稳定运行造成极大影响。研究表明,在连锁故障传播过程中部分脆弱线路表现出很高的故障频率,不确定性电动汽车充电负荷会对脆弱线路造成不可预估的影响。因此,有必要深入研究不确定性电动汽车充电负荷接入下电网脆弱性分析。首先,考虑多种随机因素的影响构建一个电动汽车充电负荷需求计算模型。根据不同类型电动汽车运行规律,对电动汽车进行分类。并综合考虑时间、空间和状态特征量对充电负荷的影响,基于实际城市地理信息,结合蒙特卡洛法仿真模拟电动汽车充电负荷的时间空间分布。其次,提出一种基于支路势能泰尔熵的电力系统脆弱性评估方法,根据电网拓扑结构和发生两级连锁故障后电网剩余支路势能聚积情况,构建能综合反应电力网的拓扑结构和状态特性的二级状态转移网络。为反应系统的混乱度和不平衡度,将泰尔熵标准引入电力系统脆弱性分析,综合支路的全局脆弱度对支路进行评价,有效反映支路故障后对电网的影响和支路承受电网冲击的能力。准确识别出两级连锁故障中频繁故障的脆弱支路和故障后系统负荷损失最为严重的支路。在IEEE-39节点系统和某实际区域电网的仿真中证明了支路势能泰尔熵指标能准确有效地分析电网支路脆弱性。最后,提出一种基于改进H指数电力系统脆弱性分析方法。在满足N-1安全校验原则下,考虑隐故障发生几率构建两级连锁故障模型,根据故障前后潮流增量构建双向加权状态转移图,并将其分解为状态转移传播图和状态转移感染图。改进传统H指数,应用于状态转移传播图计算H-out传播指数,应用于状态转移感染图计算H-in感染指数。仿真分析IEEE-39系统和某实际电网表明:H-out传播指数能有效识别出系统脆弱线路,H-in感染指标能识别频繁发生二级故障的线路,即承受潮流冲击能力较弱的线路。

关键词：电动汽车充电电力系统脆弱性分析连锁故障支路势能状态转移网络改进H指数

基于模型学习的OpenVPN系统脆弱性分析

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软件学报 2019年第12期30卷 3750-3764页

作者：申莹珠顾纯祥陈熹张协力卢政宇信息工程大学网络空间安全学院河南郑州450001 河南省网络密码技术重点实验室河南郑州450001

OpenVPN在现实网络中有广泛应用,对其安全性进行评估具有重要的现实意义.基于自动机理论中模型学习的方法,利用协议状态模糊测试的技术对OpenVPN系统进行黑盒测试分析,自动化推演出目标OpenVPN系统的状态机.提出了状态机时间压缩模型并... 详细信息

OpenVPN在现实网络中有广泛应用,对其安全性进行评估具有重要的现实意义.基于自动机理论中模型学习的方法,利用协议状态模糊测试的技术对OpenVPN系统进行黑盒测试分析,自动化推演出目标OpenVPN系统的状态机.提出了状态机时间压缩模型并进行冗余状态和迁移化简,可以准确得到协议状态机中的行为特征.发现了多条期望行为路径外的特别行为路径及可能的安全隐患,为OpenVPN的安全性评估提供了新的思路与方法,同时对类似缺少协议规范但应用广泛的安全协议的内部设计细节分析具有重要参考意义.

关键词： OpenVPN 模型学习状态模糊测试脆弱性分析时间压缩模型

突发公共卫生事件下的人群脆弱性分析——以新型冠状病毒肺炎疫情为例

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突发公共卫生事件下的人群脆弱性分析——以新型冠状病毒肺炎疫情...

作者：肖悦北京化工大学

学位级别：硕士

公共卫生(Public Health)是关系到一个国家或一个地区人民大众健康的公共事业。21世纪以来,全球范围内各类突发公共卫生事件时有发生,对全球的公共卫生体系和社会秩序构成了严重挑战和冲击。2019年底,新型冠状病毒肺炎疫情(以下简称“... 详细信息

公共卫生(Public Health)是关系到一个国家或一个地区人民大众健康的公共事业。21世纪以来,全球范围内各类突发公共卫生事件时有发生,对全球的公共卫生体系和社会秩序构成了严重挑战和冲击。2019年底,新型冠状病毒肺炎疫情(以下简称“新冠疫情”)逐渐在世界范围内蔓延开来,短期内给全球人民的健康带来了巨大威胁。公共卫生事件的防控问题再一次引起国家的高度重视。新冠疫情具有普遍易感性、传播速度快、传播途径多样等特点,对我国公共卫生事件的防控提出了考验。政府在应对公共卫生事件方面采取了一系列措施,建立了应急管理体系,健全了体制、机制和法制,取得了明显进展。但在公共卫生事件的风险管理理论研究和应用方面仍存在很大空间。风险管理主要以尚未爆发成为突发公共卫生事件的“风险”为对象,旨在避免或减少风险发生的不确定性,侧重于风险的预防,从根源上避免或减少风险的发生,是一种积极的管理过程,管理的内容具有基础性、超前性、综合性的特征。脆弱性分析是常用的风险管理工具。本文从人群脆弱性理论视角着手,根据干扰影响下的系统状态变化提出脆弱性理论模型,基于此对近三年来国内新冠肺炎疫情数据进行分析和梳理,选取典型城市为参考,识别脆弱性因素背后隐含的风险,结合脆弱性构成要素进一步选取脆弱性评价指标,并遵循相关原则对脆弱性指标体系进行构建和完善,为公共卫生事件的风险管理提供借鉴。

关键词：公共卫生事件风险管理人群脆弱性脆弱性分析

工业控制系统脆弱性分析及漏洞挖掘技术研究综述

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北京工业大学学报 2020年第6期46卷 571-582页

作者：赖英旭刘静刘增辉张靖雯北京工业大学信息学部北京100124 信息保障技术重点实验室北京100072 西安电子科技大学陕西省网络与系统安全重点实验室西安710071 北京电子科技职业学院北京100176

针对工业控制系统信息安全问题的来源进行总结,对工业控制安全领域现有的脆弱性分析技术进行归纳、梳理.根据所检测漏洞是否为已知漏洞,讨论工业控制系统漏洞检测技术和工业控制系统漏洞挖掘技术的发展现状和成果,分析当前研究存在的不... 详细信息

针对工业控制系统信息安全问题的来源进行总结,对工业控制安全领域现有的脆弱性分析技术进行归纳、梳理.根据所检测漏洞是否为已知漏洞,讨论工业控制系统漏洞检测技术和工业控制系统漏洞挖掘技术的发展现状和成果,分析当前研究存在的不足之处.根据当前趋势进行展望,提出工业控制系统脆弱性分析和漏洞技术的未来发展方向.

关键词：工业控制系统脆弱性分析漏洞挖掘漏洞检测协议分析模糊测试

基于数据驱动计及暂态影响的电力系统脆弱性分析

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基于数据驱动计及暂态影响的电力系统脆弱性分析

作者：郝东华北电力大学(北京)

学位级别：硕士

随着世界能源变革的推进,各国电力系统逐步呈现出可再生能源占比高、资产规模增加、区域互联紧密、电力电子化等特征,一旦系统遭受大扰动或外部威胁,极易进入暂态不稳定状态、引发连锁故障,这成为影响系统脆弱性的主要因素。目前的脆弱... 详细信息

随着世界能源变革的推进,各国电力系统逐步呈现出可再生能源占比高、资产规模增加、区域互联紧密、电力电子化等特征,一旦系统遭受大扰动或外部威胁,极易进入暂态不稳定状态、引发连锁故障,这成为影响系统脆弱性的主要因素。目前的脆弱性研究方法主要从网络结构以及稳态运行两个角度展开,但缺乏暂态视角。基于此研究背景,为提高系统脆弱性分析精度,并降低建模复杂程度,本文提出一种考虑暂态影响的电力系统脆弱性分析方法。主要研究内容包括:（1）以经典电力系统模型为基础,从同步机、自动电压调节器、调速器以及网络结构多个角度,分析影响电力系统暂态稳定的关键因素,结合复杂网络理论,根据影响程度大小以及数据获取难度,提取影响暂态稳定的关键特征。（2）建立暂态稳定判断模型。以及线路三相短路为故障,考虑暂态稳定过程,采用PSD-BPA进行仿真,并利用Excel和Python语言编写样本批量生成程序,获得样本数据集。利用XGBoost算法,训练得到暂态稳定判断模型,并通过有效性评价指标,评估训练效果。（3）构建计及暂态的脆弱性分析模型。基于传统最优潮流模型,以负荷切除量最小为目标函数,考虑稳态交流潮流约束,将训练得到的模型作为暂态稳定约束,使用差分进化算法,进行N-1故障下系统脆弱性分析。（4）计及暂态的脆弱性分析模型效果验证。建立IEEE-39节点系统,首先,使用深度学习有效性评价指标,通过深度置信网络、决策树、支持向量机以及XGBoost得到不同暂态稳定判断模型,并比较其预测效果;其次,通过三种脆弱性分析方法对比,验证本文所提方法的合理性;最后,通过比较最小负荷切除量与系统等值惯性时间常数、发电机-线路等值电气距离的关系,证明其能反映计及暂态的系统脆弱性。综上所述,本文所提方法有能效衡量线路的脆弱程度,相比于传统方法,有助于提高分析准确度,保证结果真实性,为电力系统预防控制提供可靠的依据,在实际应用中具有较高的参考价值。

关键词：暂态稳定深度学习脆弱性分析复杂网络

考虑相依程度的电力信息物理系统级联故障建模与脆弱性分析

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考虑相依程度的电力信息物理系统级联故障建模与脆弱性分析

作者：牟泽欣湖南大学

学位级别：硕士

随着习近平主席在联合国峰会上关于:“构建全球能源互联网,推动以清洁和绿色方式满足全球电力需求。”倡议的提出,加快了我国电网智能化发展。同时伴随5G技术和物联网的发展,更多智能化设备的投入以及信息技术的使用,使传统的电力系统... 详细信息

随着习近平主席在联合国峰会上关于:“构建全球能源互联网,推动以清洁和绿色方式满足全球电力需求。”倡议的提出,加快了我国电网智能化发展。同时伴随5G技术和物联网的发展,更多智能化设备的投入以及信息技术的使用,使传统的电力系统逐渐演变成了信息网和电力网深度融合的电力信息物理系统(Cyber Physical System,CPS)。智能化设备和先进信息技术的使用大大的提高了系统自动化程度和电网运行效率,但是同时也给系统带来了新的安全问题。因此,从整体的角度对电力信息物理系统的安全评估与分析具有重要的研究意义。基于上述研究背景,针对电力信息物理系统的建模、级联故障传播以及脆弱性进行研究,主要研究内容如下:首先,建立电力CPS系统实时模型。利用相依网络对电力CPS系统建立静态模型。基于电力信息网与网络控制系统结构的统一性,应用True Time模块搭建传感器、控制器与执行器。根据静态模型中两网耦合关系搭建电力CPS系统动态模型,实现电力CPS系统中信息实时传输与调度控制。以IEEE30节点电力CPS系统为例建立系统模型,以最优成本分配为控制策略,验证模型的准确性。其次,建立考虑相依程度的具有时序关系的级联故障图。根据电力信息网的结构与功能,结合电力网运行状态提出一种两网相依程度识别方法。利用相依网络下的故障传播模型,建立考虑相依程度下电力CPS系统信息交换以及电力系统运行特性的级联故障链模型,利用映射关系构造级联故障图,反映故障传播路径以及时序关系。以IEEE30系统动态模型为基础,构建初始故障发生在文中支路1时的故障链与级联故障图并分析故障传播路径。最后,构建脆弱性指标分析不同攻击策略下的系统脆弱性与故障传播过程。对比分析电力CPS系统在不同攻击策略下的脆弱性,得到了按照出度排序进行目标攻击时,对网络的破坏性更强,系统脆弱性更高的结论;分析级联故障传播过程,得到节点出度反映故障的传播特性,入度反映节点受故障影响的特性的特点;考虑两网相依程度,构建信息网关键节点识别指标。最后利用IEEE30系统,分析关键节点识别指标的准确性,发现改进的关键性识别指标可以更准确的识别到信息网的关键节点,即可以使攻击较少的信息节点就可以失去更多的负荷。

关键词：电力信息物理系统级联故障脆弱性分析相依网络

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体育场馆应急疏散路径脆弱性分析及恢复策略

体育场馆应急疏散路径脆弱性分析及恢复策略

作者：吕家玮西安建筑科技大学

学位级别：硕士

近年来,由于经济的快速发展和我国国际化程度不断提高,越来越多的体育赛事和大型社会性公众活动在各个城市举办,其规模也在不断扩大,大型体育场馆所承办的活动种类也逐渐增加,这就对其可容纳观众的数量有了更高的要求,同时也对其安全性... 详细信息

近年来,由于经济的快速发展和我国国际化程度不断提高,越来越多的体育赛事和大型社会性公众活动在各个城市举办,其规模也在不断扩大,大型体育场馆所承办的活动种类也逐渐增加,这就对其可容纳观众的数量有了更高的要求,同时也对其安全性能带来了更大的挑战。在这种情况下,大型体育场馆的应急疏散路网承担了较为重要的责任,突发事件的危害和影响越来越受到重视。为了使大型体育场馆在紧急情况发生时能够及时疏散观众,减少意外的发生,对其应急疏散路径进行研究就显得格外重要,这一研究对体育场馆的安全性能提升有很大帮助,对维护体育场馆的正常运营具有重要意义。论文基于复杂网络理论的拓扑规则,依据节点之间的关系,并应用Space L方法将大型体育场馆的疏散路径抽象为网络拓扑图,对其路网的平均路径长度、聚类系数和通行贡献率等特征参数进行计算。在以上分析的基础之上,对网络实施两种攻击模式,分别为随机攻击和蓄意攻击,识别其关键节点,并以对路网的脆弱性进行分析。其次,基于图神经网络和强化学习理论,通过Graph SAGE算法进行编码构建,将节点和网络状态分别表达为低位特征向量,并通过Q-Learning算法来构建解码过程,建立了基于“编码-解码”的路网恢复策略算法框架。最后结合实例分析,对节点度恢复策略、路网通行贡献度恢复策略和图神经网络与强化学习结合所构成的三种恢复策略的比较,得出图神经网络和强化学习策略能够在更短的时间内恢复网络的通行度和畅通性,以满足疏散要求,即图神经网络和强化学习策略为最优恢复策略,并分析考虑恢复成本和不考虑恢复成本两种情况下的节点恢复顺序。本文提出了路网通行度和节点通行贡献率的概念,有效评估了道路网络的脆弱性。构建了基于“编码-解码”结构的路网恢复策略算法,通过图神经网络方法深度挖掘了网络信息。同时还考虑了节点恢复成本的情况,结合强化学习方法和实例分析发现,对于被破坏的网络结构来说,依据该方法能够拥有较好的网络恢复效果。

关键词：体育场馆应急疏散脆弱性分析图神经网络强化学习