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基于随机博弈模型的网络安全态势评估与预测方法的研究与设计

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基于随机博弈模型的网络安全态势评估与预测方法的研究与设计

作者：翁芳雨北京邮电大学

学位级别：硕士

在当今网络环境日益复杂、网络攻击日益严峻、攻防场景实时动态变化的情况下,网络安全技术也从当初的被动安全发展到主动安全技术,从分析单方面的安全要素扩展为全面分析网络整体安全状况。网络安全态势评估与网络安全态势预测技术从网... 详细信息

在当今网络环境日益复杂、网络攻击日益严峻、攻防场景实时动态变化的情况下,网络安全技术也从当初的被动安全发展到主动安全技术,从分析单方面的安全要素扩展为全面分析网络整体安全状况。网络安全态势评估与网络安全态势预测技术从网络安全整体层面对网络安全状况进行评估与预测,具有重要的研究意义。本论文对已有的态势评估与预测技术进行研究,针对现有的态势评估与预测方法无法有效地综合攻防信息导致评估和预测结果不准确的情况,分别提出基于攻防随机博弈模型的评估模型与基于安全态势要素预测的预测模型。针对现有的评估方法缺少对威胁信息、防护信息、环境信息的综合分析导致评估结果不准确的问题,本文提出一种基于攻防随机博弈模型的网络安全态势评估模型。本模型分析威胁传播并建立威胁传播访问关系网络,然后对威胁动作和防护策略实施的博弈过程建立随机博弈模型,求解混合策略纳什均衡。基于混合策略纳什均衡结果对攻防双方动作进行判断并对网络安全态势量化分析,最终获得安全防护策略。经实验验证分析,本文评估方法结果更加贴合实际场景,可以更加准确地评估网络安全态势。针对现有的预测方法没有针对安全态势要素的动态变化对未来态势的影响进行研究,本文提出一种基于安全态势要素预测的态势预测模型。该模型综合分析安全态势要素的动态变化,忽略短期不会发生变化的态势要素例如拓扑结构、服务信息等,主要分析攻击信息、脆弱性信息、防御措施动态变化,从主机和网络两个层面预测态势变化。经实验验证,本文预测方法可以提高预测精度,更加符合攻防场景。

关键词：网络安全态势评估网络安全态势预测随机博弈模型威胁传播安全态势要素

网络物理融合下基于随机博弈的车联网网络安全可靠性分析

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应用基础与工程科学学报 2024年第3期32卷 685-701页

作者：陈欣程吉祥姜孪娟南京财经大学管理科学与工程学院江苏南京210023 南京理工大学计算机科学与工程学院江苏南京210014

交通事故已经成为威胁人民生命和财产安全的社会公害之一,车联网(Internet of Vehicles,IoV)作为能够有效增加道路安全的新兴技术,在道路交通安全防控方面扮演着至关重要的角色,在广泛应用的同时也面临着严峻的网络攻击挑战.为分析IoV... 详细信息

交通事故已经成为威胁人民生命和财产安全的社会公害之一,车联网(Internet of Vehicles,IoV)作为能够有效增加道路安全的新兴技术,在道路交通安全防控方面扮演着至关重要的角色,在广泛应用的同时也面临着严峻的网络攻击挑战.为分析IoV系统可靠性对道路安全水平的影响,设计了基于马尔可夫过程的双人随机博弈模型,将受到攻击的IoV系统分为渗透阶段、破坏阶段与主动恢复阶段,基于IoV系统受攻击后的状态转移过程,研究了攻击者和防御者之间动态交互的影响及状态之间的级联关系.将IoV系统的安全部署成本划分为相互依赖的网络层和物理层两部分,在无法完全了解模型参数的情况下通过Minimax-Q算法预测攻击者行为,探究防御成功率与网络安全部署成本对攻击者策略的影响,评价了不同攻击策略下的系统可靠性(车辆系统平均失败时间、车辆系统稳态可用性和道路信息稳态机密性),并构建了车联网环境下的道路交通安全综合指标,探析了IoV系统网络安全对道路交通安全水平的影响.研究结果表明:(1)在渗透阶段,相比于网络层,物理层安全部署成本的变化对攻击策略的影响更为显著,在破坏阶段则呈相反趋势.(2)在应用受损状态下,车辆系统稳态可用性,道路信息稳态机密性和道路交通安全综合水平分别上升了3.9%、3.9%和1.34%.(3)渗透阶段(N,V,P)为IoV系统可靠性对道路交通安全水平影响方面的关键阶段,极大程度上威胁着道路交通安全.以期该研究成果有助于确定IoV系统网络安全的关键阶段,并增强道路交通安全水平.

关键词：车联网网络安全随机博弈模型层级依赖 Minimax-Q 道路交通安全可靠性分析

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主被动结合的网络安全防护机制研究

主被动结合的网络安全防护机制研究

作者：李露电子科技大学

学位级别：硕士

网络攻击手段的复杂化和自动化对网络防护方法提出了更高的要求。传统的被动防护主要用于阻止已出现的网络攻击,缺乏对攻击的预判和提前采取预防措施的能力。目前的研究热点集中于主动防御模型,主要针对系统的漏洞提前部署防御措施,在... 详细信息

网络攻击手段的复杂化和自动化对网络防护方法提出了更高的要求。传统的被动防护主要用于阻止已出现的网络攻击,缺乏对攻击的预判和提前采取预防措施的能力。目前的研究热点集中于主动防御模型,主要针对系统的漏洞提前部署防御措施,在攻击的源头遏制其发生,但是针对预判之外的攻击,主动防御缺乏响应自动化机制。针对上述问题,本文提出了一种基于随机博弈的主被动结合的防护模型,在主动防御模型中引入被动防御策略,既能对系统漏洞进行分析预测并给出防御策略,也能够处理未预料的攻击情况,做到提前预防和及时补救两方面的防护。着重对以下几个方面进行了深入研究:首先,本文将博弈模型引入到网络安全防御建模过程,提出了一个基于随机博弈的主被动结合的防护模型。博弈模型是主动防御的关键技术,被用来分析和优化网络攻防对抗中的决策性问题。本文对网络攻防博弈模型从多个维度进行分类,并介绍了常见的博弈模型。然后对提出的防护模型的收益函数、最优策略选择算法等关键元素进行设计,并通过实例和仿真阐明了该模型的有效性。此外,本文总结了用于评估攻防双方行为的准则并优化了防御图模型。成本收益量化模型是用于衡量攻击方和防御方行为的方法,对攻防双方的成本和收益等进行量化,为博弈过程中攻防双方使用的效用函数提供基础。本文基于CVSS漏洞评分准则并结合提出的安全防护模型,总结一种新的用于评估攻防双方行为的准则。防御图是从攻击者和防御者两方出发,把攻防策略、攻防成本等信息纳入其中,反映网络攻防的本质。本文将防御图优化设计为整体攻击图和单点防御图,并将提出的评估准则应用其中,得到描述网络状态、攻击方、以及防御方之间关系的攻防图模型。其次,安全性分析是评估一个系统可靠性的常用方法,本文使用随机Petri网和马尔科夫链模型结合的方法,对使用本文模型的系统进行安全性建模。通过实例分析说明了该安全分析模型的有效性,并通过实验仿真证明了本文防护模型在防御成功率和可靠性等方面优于部分演化博弈和贝叶斯博弈模型。最后,本文设计并实现了一个主被动结合的防护系统,具备自动化安全防护能力,能够对博弈结果进行可视化展示,同时验证了主动防御和被动防御两大功能的可实施性。

关键词：网络安全主被动结合防护随机博弈模型随机Petri网

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岛屿争端中国家间博弈模型与策略仿真分析

系统仿真学报 2012年第8期24卷 1686-1692页

作者：王元卓何辉辉刘丽程学旗中国科学院计算技术研究所北京100190 北京科技大学计算机与通信工程学院北京100083

岛屿争端通常涉及国家的核心利益及国际形象,根据岛屿争端问题的特点和相关国家可能采取的行为,研究了针对岛屿争端问题的国家间博弈模型,并对相关国家的策略进行了仿真分析。首先,将主动型国家和被动型国家的行为交互描述为一个随机博... 详细信息

岛屿争端通常涉及国家的核心利益及国际形象,根据岛屿争端问题的特点和相关国家可能采取的行为,研究了针对岛屿争端问题的国家间博弈模型,并对相关国家的策略进行了仿真分析。首先,将主动型国家和被动型国家的行为交互描述为一个随机博弈,并建立相应的博弈模型;然后,应用该模型分析主动型国家的期望行为和被动型国家的防守行为;最后,用计算机仿真分析相关国家的行为能力变化时对其策略选择和最终收益的影响。研究成果将为有岛屿争端问题的相关国家制定策略时提供有益的参考。

关键词：岛屿争端随机博弈模型策略仿真分析

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移动网络对入侵信号有效御防优化设计研究

计算机仿真 2017年第7期34卷 277-280页

作者：陈坚长春工业大学人文信息学院吉林长春130122

对移动网络对入侵信号有效御防进行优化设计,可提高移动网络对入侵信号的抵御能力。进行入侵信号有效御防设计时,应根据生成的攻防意图对组建移动网络入侵信号攻防博弈权重表,评估每个主动防御策略所采用的概率完成御防设计,但是传统方... 详细信息

对移动网络对入侵信号有效御防进行优化设计,可提高移动网络对入侵信号的抵御能力。进行入侵信号有效御防设计时,应根据生成的攻防意图对组建移动网络入侵信号攻防博弈权重表,评估每个主动防御策略所采用的概率完成御防设计,但是传统方法不能生成准确的入侵信号攻防意图,无法获取博弈权重表计算入侵信号防御策略采用概率,降低了入侵信号御防的效果。提出一种基于随机博弈模型的移动网络对入侵信号有效御防优化设计方法。上述方法先组建移动网络入侵信号攻防随机博弈模型,将移动网络入侵信号安全攻防理解为二人随机博弈问题,以移动网络主机脆弱性信息为基础,结合移动网络主机重要度与主动防御措施成功率,形成单一安全属性攻防收益值,依据攻防意图对移动网络整体攻防收益进行量化,组建移动网络入侵信号攻防博弈权重表,结合博弈理论进行计算,评估每个主动防御策略所采用的概率,并完成移动网络对入侵信号有效御防优化设计。仿真结果表明,所提方法能够对不同网络攻击信号出现概率做出有效预测,在移动网络对入侵信号有效御防中具有可行性。

关键词：移动网络入侵信号御防随机博弈模型