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面向配电子站的脆弱性分析和攻击检测研究

面向配电子站的脆弱性分析和攻击检测研究

作者：赵涛浙江大学

学位级别：硕士

智能电网的快速发展给配电系统带来了安全威胁,而配电子站连接了配电网的主干层和终端层,是配电系统关键的信息枢纽,容易受到攻击者更多的关注。配电子站中的电力终端设备和网络报文作为防护的薄弱环节和突破口,面临着来自网络和物理空... 详细信息

智能电网的快速发展给配电系统带来了安全威胁,而配电子站连接了配电网的主干层和终端层,是配电系统关键的信息枢纽,容易受到攻击者更多的关注。配电子站中的电力终端设备和网络报文作为防护的薄弱环节和突破口,面临着来自网络和物理空间的各类攻击,攻击者通过对电力终端设备的控制或网络报文信息的篡改可以控制相关线路的开关设备,进而给整个配电系统带来安全隐患。为此,本文提出了配电子站的脆弱性分析和攻击检测方案,实现了对配电子站脆弱性设备的发现以及对攻击行为的检测。针对配电子站存在的隐藏安全威胁发现难、脆弱性设备隐患大等安全问题,本文采用了基于设备资产吸引力的脆弱性分析方案来对配电子站进行安全风险分析。在对配电子站进行信息建模以后,构建常用终端设备的漏洞信息库,通过查询配电子站终端设备信息并与漏洞库配对的方法来确定配电子站终端设备的漏洞信息,然后基于设备的资产吸引力计算出可能的攻击路径,进而获得攻击图等信息,最后对脆弱性节点进行分析,发现需要进行安全维护的设备。最终开发了一套面向配电子站的脆弱性分析原型系统,该原型系统实现了配电子站攻击图生成、脆弱性设备发现和最优攻击路径计算等功能,并生成分析报告供用户参考,完成了配电子站脆弱性分析全部理论内容的自动化呈现。针对配电子站电力终端设备和通信报文相关重要数据信息容易被攻击者恶意控制或篡改等安全问题,本文提出了:（1）基于CW-RNN的电力终端安全检测方案。通过采集电力终端功耗边信道信息,以多种机器学习算法来对电力终端功耗信息进行分析评测,最终在微网控制器上进行实验并取得了92%的攻击检测准确率,为配电子站的电力终端攻击检测提供了解决方案。（2）基于攻击样本增强的网络报文攻击检测方案。针对配电子站的网络攻击报文较少的问题进行了基于对抗生成网络的攻击样本生成,并在不同攻击样本比例的数据中用DNN模型进行攻击检测实验,实验结果表明在提高了攻击样本的情况下,检测模型的准确率可以达到97%,为配电子站的网络报文攻击检测提供了解决方案。最终这两个方案分别在设备级与网络级两个方面实现了对配电子站的攻击检测。

关键词：配电子站电力终端通信报文脆弱性分析攻击检测

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无人机脆弱性分析方法研究与系统实现

无人机脆弱性分析方法研究与系统实现

作者：朱睿琦西安电子科技大学

学位级别：硕士

随着万物互联时代的来临,无人机被广泛应用于人类生产生活的各个方面。但是,许多无人机在使用中出现的故障会对人们的财产和生命安全产生严重威胁。因此,无人机的安全问题越来越受到重视。无人机模糊测试是一种自动化程度高、所需先验... 详细信息

随着万物互联时代的来临,无人机被广泛应用于人类生产生活的各个方面。但是,许多无人机在使用中出现的故障会对人们的财产和生命安全产生严重威胁。因此,无人机的安全问题越来越受到重视。无人机模糊测试是一种自动化程度高、所需先验知识少且复用性强的无人机脆弱性分析技术。它不仅可以帮助无人机安全研究人员快速挖掘无人机中的潜在漏洞,也可以为无人机生产商和质检部门提供轻量级的无人机质量检测手段。受技术保密的限制,诸多无人机生产商往往不公开固件或源代码,并且无人机硬件架构与传统PC的硬件架构相异。这些因素导致为传统PC平台设计的模糊测试方案在无人机平台中出现了不兼容的问题。此外,出于安全考虑,生产商往往会在出厂时对无人机中的调试接口进行封闭,避免无人机内部程序与外界直接交互,使模糊测试难以直接作用于无人机程序。针对上述问题,本文提出了轻量级、针对性强、模糊测试效率高的无人机飞行控制协议黑盒模糊测试方案和无人机FTP协议黑盒模糊测试方案。并在两种方案的基础上实现了无人机黑盒模糊测试原型系统。本文的主要工作如下:(1)针对无人机飞行控制协议模块的特点,本文改进了词向量余弦相似度算法,并将这种改进算法应用于本文设计的无人机飞行控制协议黑盒模糊测试方案。而且,本文通过实验证明了这种方法的可行性。(2)本文通过词向量余弦相似度筛选的方法,避免了在模糊测试中生成的测试用例在输入空间中的分布过于集中的问题,保证了用较少的测试用例对较大输入空间范围的模糊测试。本文首先根据飞行控制协议的特点,提出利用改进的词向量余弦相似度算法对测试用例之间在输入空间内的分布情况进行量化。然后利用余弦相似度评估手段对生成的测试用例进行筛选,筛选出与上轮使用的测试用例的余弦相似度足够低的测试用例。与随机生成的测试用例相比,我们筛选后的测试用例能覆盖更大的输入空间范围,减少了触发一个漏洞所需的测试用例数量。之后,本文围绕提出的测试用例生成算法,开发了与之相匹配的无人机飞控协议规范获取、测试用例输入和异常监测模块,形成了完整的无人机飞控黑盒模糊测试方案。通过与Peach的对比实验,证明了本文提出的方案发现一个漏洞所需的测试用例数在两款无人机中分别减少了31.1%和27.7%。(3)在对无人机FTP协议的模糊测试中,许多测试用例因违背状态转移逻辑而被直接丢弃,并且调整被测状态需要大量的报文交互。以上问题导致了对有状态的无人机FTP模糊测试效率低下。针对这些问题,本文提出以状态转移作为测试单位,状态转移报文为变异种子,利用深度优先遍历的方式进行模糊测试。若在测试中协议实体发生状态转移,则对当前测试信息进行保存并调整被测状态和对应的变异种子,直至测试中状态转移至FTP协议的终止状态。当协议测试至终止状态时,再取出最后保存的测试信息,将协议状态恢复至被保存的状态进行测试。这种方式保证了测试用例与被测状态相匹配,同时减少了重新调整被测状态的次数。围绕本文的FTP模糊测试方法,我们开发了针对无人机FTP协议的状态机推断模块和模糊测试模块,形成了完整的无人机FTP协议黑盒模糊测试方案。通过与Peach的对比实验,证明了本文提出的方案完成对同一协议实体的模糊测试所需的时间减少了34.5%,有效测试用例的占比提升了21%。(4)本文在无人机飞控黑盒模糊测试方案和FTP协议黑盒模糊测试方案的基础上,设计了切实可行的无人机黑盒模糊测试原型系统。该系统采用配置信息与代码实现脱耦合的方法,使原型系统能够对被测协议、协议规则、测试策略和监测方式等功能进行灵活选择。本系统还实现了直观清晰的用户界面,为测试人员提供了便利。另外,本文通过对实际模糊测试中的日志进行分析,发现了两个未知漏洞。

关键词：无人机模糊测试脆弱性分析物联网

脆弱性分析的预控护理在新生儿呼吸窘迫综合征中的应用

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齐鲁护理杂志 2021年第7期27卷 54-56页

作者：杨晓芳魏松辉毛亚平平顶山市妇幼保健院河南平顶山467000 平顶山市湛河区人民医院平顶山市第一人民医院

目的:探讨脆弱性分析的预控护理在新生儿呼吸窘迫综合征(NRDS)中的应用效果。方法:选取2018年5月1日~2020年3月1日收治的早产孕妇86例,按入院时间分为观察组45例和对照组41例。对照组给予常规护理,观察组在对照组基础上给予脆弱性分析... 详细信息

目的:探讨脆弱性分析的预控护理在新生儿呼吸窘迫综合征(NRDS)中的应用效果。方法:选取2018年5月1日~2020年3月1日收治的早产孕妇86例,按入院时间分为观察组45例和对照组41例。对照组给予常规护理,观察组在对照组基础上给予脆弱性分析的预控护理;比较两组新生儿抢救情况、血气状态[包括动脉血氧饱和度(SaO_(2))、动脉氧分压(PaO_(2))、动脉二氧化碳分压(PaCO_(2))]、家属满意度、NRDS严重程度分级及发生率。结果:观察组NRDS发生率低于对照组(P性物质(PS)应用次数少于对照组(P脆弱性分析的预控护理能降低NRDS发生风险,改善新生儿血气状态,提高家属对护理工作的认可度。

关键词：脆弱性分析预控护理新生儿呼吸窘迫综合征家属满意度动脉氧分压

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气候加权小世界网络电网脆弱性分析模型

控制工程 2020年第12期27卷 2143-2150页

作者：孙小韦李鹏孙立强沈鑫曹敏云南大学信息学院云南昆明650500 云南电网有限责任公司电力科学研究院云南昆明650217

针对复杂气候条件下大型电力系统脆弱性问题,提出基于气候加权小世界网络互联的电网脆弱性分析模型,将电网所处的外界气候条件、系统运行实时潮流参数以及网络拓扑结构进行有效融合,计算并分析该复杂条件下电网脆弱性指标。为验证模型... 详细信息

针对复杂气候条件下大型电力系统脆弱性问题,提出基于气候加权小世界网络互联的电网脆弱性分析模型,将电网所处的外界气候条件、系统运行实时潮流参数以及网络拓扑结构进行有效融合,计算并分析该复杂条件下电网脆弱性指标。为验证模型有效性,使用IEEE-118节点电力系统进行故障仿真。模拟结果表明,基于气候加权小世界网络电网脆弱性分析模型可以更真实、准确、全面地评估大型电力系统脆弱性并辨识出网络脆弱路段,进而验证了所提模型的正确性、合理性及可行性,为电力网络的短期运行及长期规划提供了可靠参考依据。

关键词：气候条件潮流参数大型电力系统加权小世界网络脆弱性分析

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基于EASI模型的安全防范系统脆弱性分析

安全与环境工程 2020年第6期27卷 126-132,186页

作者：王清清王昌伟方文韬刘祖德中国地质大学(武汉)工程学院湖北武汉430074 中石化华北石油工程有限公司河南郑州450006

关键基础设施如城市交通站、大型化工厂、核电站等具有较高的安全风险,一旦遭到非法入侵攻击时会造成严重的事故后果。为定量评估安全防范系统抵御非法入侵的能力和防护目标的脆弱性,提出一种基于EASI(Estimation of Adversary Sequence... 详细信息

关键基础设施如城市交通站、大型化工厂、核电站等具有较高的安全风险,一旦遭到非法入侵攻击时会造成严重的事故后果。为定量评估安全防范系统抵御非法入侵的能力和防护目标的脆弱性,提出一种基于EASI(Estimation of Adversary Sequence Interruption)模型的安全防范系统脆弱性分析方法。首先运用形态学分析方法设计敌人入侵序列;然后利用改进的EASI模型分别从探测和防护功能评估所有入侵路径防护有效性,并结合防护目标重要度,分析关键基础设施安全防范系统的脆弱性;最后将其运用于新疆某油田危险品仓库的安全防范系统脆弱性评估。结果表明:该方法能够帮助管理人员及时发现脆弱目标和防护薄弱路径,可为提高基础设施的防护性能、保障关键设施的安全提供科学依据。

关键词：关键基础设施非法入侵安全防范系统 EASI模型脆弱性分析

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基于复杂网络模型的地铁系统脆弱性分析

城市轨道交通研究 2021年第8期24卷 47-50页

作者：王希良李季瑶廉梦珂孙志静石家庄铁道大学交通运输学院石家庄050043

基于影响地铁系统脆弱性的干扰事件,构建了干扰事件的有向复杂网络。采用网络密度、平均路径长度、度和度分布,以及聚类系数等分析指标,进行复杂网络的拓扑特征分析。分析结果显示,只有少数关键节点能直接影响地铁脆弱性。采用复杂网络... 详细信息

基于影响地铁系统脆弱性的干扰事件,构建了干扰事件的有向复杂网络。采用网络密度、平均路径长度、度和度分布,以及聚类系数等分析指标,进行复杂网络的拓扑特征分析。分析结果显示,只有少数关键节点能直接影响地铁脆弱性。采用复杂网络的互信息理论,对干扰事件有向复杂网络节点进行信息量计算和重要性评价,进而找到重要节点。评价结果表明,影响地铁系统脆弱性的关键因素是车站客流量、车辆系统和设备系统,可采取相应的针对性措施来提高地铁运营的安全性。

关键词：地铁运行安全脆弱性分析复杂网络模型互信息理论

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一种基于信息熵的体系流程脆弱性分析方法

科技导报 2019年第13期37卷 40-46页

作者：韦正现宋敏童鹏鹏王红滨国防科技工业海洋安全体系创新中心北京100036 青岛海洋科学与技术试点国家实验室青岛266011 北京外国语大学信息技术中心北京100089 哈尔滨工程大学计算机科学与技术学院哈尔滨150001

体系在执行任务过程中面临来自外部、内部的各种破坏、干扰或威胁等风险,当风险发生时体系受到影响的程度表现为体系脆弱性,体系流程的脆弱性是影响体系能否完成任务的一个重要方面。提出一种基于信息熵的体系流程脆弱性分析方法:首先,... 详细信息

体系在执行任务过程中面临来自外部、内部的各种破坏、干扰或威胁等风险,当风险发生时体系受到影响的程度表现为体系脆弱性,体系流程的脆弱性是影响体系能否完成任务的一个重要方面。提出一种基于信息熵的体系流程脆弱性分析方法:首先,面向体系面临的风险事件及其流程结构特征建立体系流程结构脆弱性分析过程;其次,将体系流程转化为有向图模型,基于信息熵构建了体系流程中各个节点的脆弱度计算模型;最后,将复杂体系流程有向图模型简化为串联、并联和混合3种基本结构,建立了3种基本结构的脆弱度计算模型,进而即可计算体系流程的脆弱度。通过案例说明了该方法的有效性。

关键词：信息熵体系流程脆弱性分析

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LTE随机接入过程脆弱性分析技术研究

LTE随机接入过程脆弱性分析技术研究

作者：王晨辉西安电子科技大学

学位级别：硕士

随着新型基础设施建设的推进，以第五代移动通信(5G)技术为代表的无线移动通信网络将在社会生产生活的各个方面发挥更加重要的作用，必须对其安全问题给予足够的关注。目前针对无线移动通信安全的研究大多关注信息的保密性和不可否认性... 详细信息

随着新型基础设施建设的推进，以第五代移动通信(5G)技术为代表的无线移动通信网络将在社会生产生活的各个方面发挥更加重要的作用，必须对其安全问题给予足够的关注。目前针对无线移动通信安全的研究大多关注信息的保密性和不可否认性，对于无线通信服务的可用性的研究相对较少，但随着工业与蜂窝通信的深度融合，可用性的影响将更加广泛。对无线通信物理层服务的脆弱性进行研究，有助于了解潜在攻击手段，能够为无线移动通信网络的安全标准设计提供参考。　　通过发送合法的信令请求消耗基站的无线电服务资源是物理层拒绝服务攻击的一种形式，将导致用户无法得到服务。论文主要针对物理层随机接入过程中用户服务的脆弱性进行了研究与验证，主要研究工作如下:　　(1)研究了随机接入标准中的安全威胁　　在调研目前主流无线通信网络基本架构和信令流程的基础上，着重对随机接入过程中的标准及协议进行了分析。基于接入过程的资源竞争特性和物理层中基站无法对用户设备(User Equipment，UE)进行认证的技术现实，指出了长期演进(Long Term Evolution，LTE)网络物理层随机接入过程存在2个服务可用性方面的脆弱性，且在5G网络接入过程中同样存在类似的安全威胁。　　(2)设计并实现了随机接入过程的脆弱性验证系统　　提出了一种通过伪造LTE随机接入信令进行拒绝服务攻击的方案，基于该方案设计并实现了LTE随机接入过程的脆弱性验证系统，包括半实物仿真基站、合法用户和攻击者三个网元。该系统的攻击侧能够通过软件无线电技术实现捕获、解码目标基站的广播信号以获得基站参数、完成下行同步，严格根据相关标准和基站参数伪造针对目标基站的随机接入前导序列，将随机接入前导序列映射为指定位置上的时域信号并通过软件无线电设备发送以完成攻击过程。攻击侧整体基于多线程技术进行调度，采用多个软件无线电设备同时进行收发，增加攻击效率。　　(3)分析验证结果并提出解决方案　　在半实物仿真环境中进行了脆弱性验证系统的功能性和数据面测试。证实该系统功能上的有效性后，为了进一步评估随机接入脆弱性的危害，基于多次试验进行数据面测试，得出了单位时间内使基站拒绝服务需要发送的信令数量。为切实加强无线通信网络安全，提出了一些当前可行的保障无线通信物理层接入安全的防范建议和未来可能的解决方案。

关键词：移动通信长期演进随机接入脆弱性分析拒绝服务攻击安全防范

山地城市道路网络关键节点和路段对路网脆弱性分析

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山地城市道路网络关键节点和路段对路网脆弱性分析

作者：刘川重庆交通大学

学位级别：硕士

随着城市交通的快速发展和人民生活水平的不断提高,全国机动车保有量的增加使得居民交通出行需求与城市道路供给的矛盾日益加大。城市道路网络交通量一旦超过路网关键交叉口和关键路段的最大通行能力,将会使关键交叉口和关键路段发生交... 详细信息

随着城市交通的快速发展和人民生活水平的不断提高,全国机动车保有量的增加使得居民交通出行需求与城市道路供给的矛盾日益加大。城市道路网络交通量一旦超过路网关键交叉口和关键路段的最大通行能力,将会使关键交叉口和关键路段发生交通拥堵,紧接着拥堵通过道路拓扑网络转移到相邻交叉口和路段,引发级联失效,导致整个路网瘫痪。在此方面,山地城市由于地形复杂,其道路网络相对平原城市更易引发级联失效。对此,论文对山地城市道路网络进行关键节点和关键路段识别研究,旨在探寻不同特性关键节点和关键路段失效对路网脆弱性的影响,为城市交通管理部门在城市道路网络管理方面提供参考建议。论文的主要工作如下:1)从城市道路网络研究历程、城市道路网络关键节点和关键路段识别研究以及山地城市道路网络研究现状三方面进行国内外研究综述,分析现有的研究理论和方法,总结现有研究的不足,确定论文研究的可行性。2)山地城市道路网络复杂性分析以及路网模型构建。从动静特性角度出发,介绍山地城市道路网络复杂性分析的基础理论,并采用定性定量方法描述山地城市道路网络的空间特性和交通特性,为后续研究提供理论支撑和技术支持。接着,以重庆渝中区某区域路网为研究对象,考虑节点类型、节点间路段流量和路段等级,道路位置属性、相邻道路实际距离和道路等级,利用网络分析软件Pajek,分别基于图论原始法和对偶法建立节点网络和路段网络。3)关键节点和关键路段识别研究。分别将邻接信息熵算法和RAPA算法与重要度评价矩阵算法和PA算法进行对比分析,验证了论文两种模型算法的有效性。并分别将邻接信息熵算法和RAPA算法用于实际节点网络和实际路段网络,进行关键节点和关键路段识别,最后识别出30个关键节点和27个关键路段。4)山地城市道路网络脆弱性分析。分别从不同类型节点失效、不同节点攻击方式失效、不同功能路段失效以及不同路段攻击方式失效四种网络扰动角度出发,结合网络最大连通子图相对大小和网络效率两个指标,分别对节点网络和路段网络进行网络脆弱性分析,得出相关结论,并给出路网关键节点和关键路段保护建议。

关键词：山地城市脆弱性分析复杂网络邻接信息熵算法 RAPA算法