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基于曲线决策融合的SDN饱和攻击检测方法

计算机工程 2024年第8期50卷 123-132页

作者：崔允贺赵建朋杨鸿珍李显超贵州翔明科技有限责任公司贵州贵阳550025 贵州大学公共大数据国家重点实验室贵州贵阳550025 贵州大学文本计算与认知智能教育部工程研究中心贵州贵阳550025 国网浙江省电力有限公司信息通信分公司浙江杭州310000

针对软件定义网络(SDN)交换机和控制器的饱和攻击是SDN中的主要安全问题。在使用集成学习方法检测饱和攻击时,现有方法通常使用距离或熵值等简单的信息计算方法修正证据,可能存在信息丢失问题,降低饱和攻击检测精度。为解决上述问题,提... 详细信息

针对软件定义网络(SDN)交换机和控制器的饱和攻击是SDN中的主要安全问题。在使用集成学习方法检测饱和攻击时,现有方法通常使用距离或熵值等简单的信息计算方法修正证据,可能存在信息丢失问题,降低饱和攻击检测精度。为解决上述问题,提出一种基于曲线决策融合的饱和攻击检测方法(SACOIN)。SACOIN首先计算多分类器概率矩阵的混乱程度修正多分类器内证据;随后将多分类器概率矩阵转换为曲线并去除噪声,提取重构小波的信号特征组成特征矩阵;然后计算特征矩阵行内互信息,基于上述互信息修正多分类器间证据;最后使用D-S证据理论融合修正证据,得到最终检测结果。实验结果表明,SACOIN在检测针对SDN交换机和控制器的饱和攻击时的准确率、精确率、召回率、F1值分别为92.3%、93%、92.1%、91.3%。

关键词：饱和攻击软件定义网络滤波决策融合 D-S理论

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面向软件定义网络饱和攻击的流表管理技术

面向软件定义网络饱和攻击的流表管理技术

作者：弭希超北京邮电大学

学位级别：硕士

软件定义网络(Software-Defined Networking,SDN)是一个控制层面和数据层面分离的创新架构,由于其硬件交换机中的三态内容寻址存储器(Ternary Content Addressable Memory,TCAM)技术实现和价格原因,其缓存的流表项资源有限。软件定义网... 详细信息

软件定义网络(Software-Defined Networking,SDN)是一个控制层面和数据层面分离的创新架构,由于其硬件交换机中的三态内容寻址存储器(Ternary Content Addressable Memory,TCAM)技术实现和价格原因,其缓存的流表项资源有限。软件定义网络饱和攻击会使交换机安装大量流表项,出现交换机流表溢出现象,使得交换机没有空闲可用资源为正常用户网络流量安装流表项,进而严重影响网络的服务质量和稳定性。针对交换机流表项资源高效利用问题,本文研究了动态设置流表项空闲过期时间的方案,提出了基于流时间特征动态设置流表项空闲过期时间的算法,缓解了 SDN饱和攻击下流表项无效占用流表资源问题。针对交换机流表项频繁换入换出问题,本文研究了流表项主动删除的相关方案,提出了基于单位时间数据包个数期望值的流表换入换出技术,缓解了 SDN饱和攻击下流表项不断换入换出的问题。本文的研究内容以及贡献主要包括:(1)提出了基于流时间特征动态设置流表项空闲过期时间算法。通过记录流的数据包之间的间隔时间来预测流表项的空闲过期时间。当交换机安装流表项的时候,空闲过期时间取自于预测的空闲过期时间数值,从而使得交换机流表项资源高效利用。实验结果表明,该算法可以提高流表项的命中率和减少packet-in消息数量。(2)提出了基于单位时间数据包个数期望值的流表项换入换出技术。将网络数据流中单位时间内到达的数据包个数期望值作为流表项换入换出的依据。通过流表项换入换出管理技术,实现长流或者数据包时间间隔较短的流的流表项驻留在流表中,减小流表项换入换出频率。实验结果表明,该算法可以提高流表项的命中率和减少packet-in 消息数量。(3)设计并实现了流表管理系统,系统包括流时间特征收集模块、流表项空闲过期时间计算模块、流表项空闲过期时间设置模块、flow-mod信息缓存模块,流表项未命中处理模块、流表项单位时间数据包个数期望值计算模块、流表项换入换出抉择模块、flow-mod信息缓存删除抉择模块和统计信息模块。各模块通过了功能测试。

关键词：软件定义网络饱和攻击流表管理

基于强化学习的城市场景下巡飞弹自主协同饱和攻击方法

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指挥与控制学报 2023年第4期9卷 457-468页

作者：张婷婷杨学军陆军工程大学指挥控制工程学院江苏南京210007 军事科学院北京100141

针对城市场景下巡飞弹自主协同饱和攻击问题,将其建模为分布式部分可观测马尔可夫决策过程(Dec-POMDPs),设计了确保巡飞弹在极小时间间隔内到达的专用奖励函数,并结合使用联合权重参数的奖励函数,采用循环多智能体深度确定性策略梯度算... 详细信息

针对城市场景下巡飞弹自主协同饱和攻击问题,将其建模为分布式部分可观测马尔可夫决策过程(Dec-POMDPs),设计了确保巡飞弹在极小时间间隔内到达的专用奖励函数,并结合使用联合权重参数的奖励函数,采用循环多智能体深度确定性策略梯度算法(R-MADDPG)训练巡飞弹自主协同饱和攻击策略,使用蒙特卡罗方法分析指标成功率.仿真实验结果表明,在训练后的决策模型引导下,巡飞弹执行自主协同饱和攻击的任务成功率为93.2%,其中,机间避撞率为94.4%、空中突防成功率为99.5%,95.3%回合到达最大时间间隔小于0.4 s.

关键词：巡飞弹饱和攻击 R-MADDPG 算法自主协同决策评估指标

面向软件定义网络饱和攻击的数据平面保护研究与实现

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面向软件定义网络饱和攻击的数据平面保护研究与实现

作者：吴东哲北京邮电大学

学位级别：硕士

软件定义网络（SDN,Software-Defined Networking）将控制平面和数据平面分离,控制平面维护网络的全局视图,数据平面完成报文的转发。数据平面交换机收到未匹配流表的报文后会通过控制信道向控制器发送报文转发请求,并根据控制器的转发... 详细信息

软件定义网络（SDN,Software-Defined Networking）将控制平面和数据平面分离,控制平面维护网络的全局视图,数据平面完成报文的转发。数据平面交换机收到未匹配流表的报文后会通过控制信道向控制器发送报文转发请求,并根据控制器的转发指令将报文转发至下一跳交换机。由于交换机和控制器之间的通信带宽有限,在发生饱和攻击时,交换机会频繁向控制器发送报文转发请求,耗尽交换机和控制器之间的通信带宽,导致未匹配流表的报文无法根据控制器的指令转发给下一跳交换机而丢包。本文针对饱和攻击发生时控制信道拥塞导致的丢包问题,研究了基于相邻交换机处理能力的流量迁移技术,提出了基于控制信道带宽、流表可用空间和端口最小可用带宽的相邻交换机处理能力模型和基于多目标优化的流量迁移策略,在数据平面设计并实现了流量迁移系统,减少了饱和攻击发生时主机之间通信的丢包率和时延。本文研究的主要内容和贡献如下:（1）提出了基于控制信道带宽、流表可用空间和端口最小可用带宽的交换机处理能力模型,用于描述交换机的空闲资源。在饱和攻击发生时,根据相邻交换机的处理能力,把报文转发至相邻最优交换机。（2）提出了基于共享相邻交换机空闲资源的流量迁移策略。首先,每个交换机定时获取相邻交换机当前片内允许向控制器上报PACKETN的报文个数、可用流表空间、所有端口的最小可用带宽,形成相邻交换机的可用资源矩阵。其次,基于上述可用资源矩阵,利用TOPSIS多目标优化方法,预先为交换机的各个端口计算流量迁移列表。第三,当交换机向控制器上报PACKETN速率过大时,各个端口收到未匹配流表的报文时按照各自的流量迁移列表指示的转发顺序转发给相邻交换机。实验结果表明本策略在饱和攻击发生时可以有效降低主机之间通信的丢包率和时延。（3）设计和实现了软件定义网络攻击流量迁移系统。系统包括交换机信息更新模块、相邻交换机通信模块,流量迁移列表计算模块,攻击流量分发模块。各个模块均通过功能测试。

关键词：软件定义网络饱和攻击流量迁移

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软件定义网络饱和攻击缓解技术研究

软件定义网络饱和攻击缓解技术研究

作者：赵玉洁北京邮电大学

学位级别：硕士

在软件定义网络(Software-Defined Networking,SDN)中,流量的转发与路径选择相对独立,其中数据平面依据流表进行数据转发,控制平面为不能匹配流表项的数据流计算转发路径。SDN中的饱和攻击一般通过制造大量不匹配流表项的数据包,消耗控... 详细信息

在软件定义网络(Software-Defined Networking,SDN)中,流量的转发与路径选择相对独立,其中数据平面依据流表进行数据转发,控制平面为不能匹配流表项的数据流计算转发路径。SDN中的饱和攻击一般通过制造大量不匹配流表项的数据包,消耗控制器的CPU与内存等资源,降低网络服务质量。本文针对软件定义网络中的饱和攻击造成的控制器过载问题,研究了现有饱和攻击的检测与缓解技术,提出了一种基于差别限速的饱和攻击缓解方案,减少控制器对攻击流量的响应,降低其对服务质量的影响,确保攻击发生时网络正常运行。本文的主要研究内容与贡献如下:(1)提出基于两阶段分类的饱和攻击检测算法。算法针对闪拥(Flash Crowd)与攻击流量难以区分的问题,首先通过one class SVM判断端口流量是否表现出攻击特征,识别攻击流量,然后观测端口的请求数据包数量变化,利用泰勒级数判断是否有突发大流量。结合两阶段的检测结果将端口流量分为四类:正常流量、Flash Crowd、可疑流量与攻击流量。其中攻击流量包被丢弃,其余三类结果将反馈给缓解模块用于下一步计算。上述算法通过过滤攻击流量,避免控制器忙于处理攻击报文而导致网络服务低效,确保网络稳定运行。(2)针对饱和攻击造成的控制器过载以及高时延问题,提出基于差别限速的饱和攻击缓解方案。每个交换机端口将被绑定不同的限速值,并根据上一步攻击检测算法的结果实时调整,其中Flash Crowd增加限速值,可疑流量降低限速值,而攻击流量被过滤丢弃,正常流量包继续转发。Packet-in请求速率根据端口的限速值实时调整,超过限速的请求数据包将被存入缓存队列排队等待处理。缓解方案通过差别限速保证正常流量顺利通过,同时降低可疑流量Packet-in请求速率,从而减少攻击对网络服务质量的影响。(3)设计并实现了 SDN饱和攻击缓解系统。系统基于本文提出的两阶段检测算法以及端口差别限速实现,实现了流量特征采集、流量实时分类以及流量限速功能,并进行了实验测试,实验表明在攻击发生时本文提出的缓解方案对比OpenFlow场景下默认方案,控制器CPU使用率平均降低了149%,丢包率降至0,数据包时延平均增加了2ms,系统整体负载平均增加10%。

关键词：饱和攻击软件定义网络攻击缓解

面向软件定义网络饱和攻击的路由选择技术研究与实现

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面向软件定义网络饱和攻击的路由选择技术研究与实现

作者：刘旭北京邮电大学

学位级别：硕士

软件定义网络（Software-Defined Networking,SDN）将转发动作与路由决策相分离,控制器为数据平面的流量计算路由规则并将其安装在交换机的流表中。然而攻击者可以通过控制网络中的多个主机成为僵尸并根据SDN网络的拓扑发送大量具有特... 详细信息

软件定义网络（Software-Defined Networking,SDN）将转发动作与路由决策相分离,控制器为数据平面的流量计算路由规则并将其安装在交换机的流表中。然而攻击者可以通过控制网络中的多个主机成为僵尸并根据SDN网络的拓扑发送大量具有特定目的IP地址的数据包,使这些数据包在传统SDN路由方案下可以经过目标交换机,从而使得目标交换机产生Table-miss事件,向控制器发送大量PACKETN消息,不断消耗控制信道的带宽资源和控制器的计算资源,增大流量传输的时延和丢包率,甚至导致主机之间无法正常通讯。这种攻击被称为汇聚流量导致的饱和攻击。本文针对软件定义网络拒绝服务饱和攻击导致流量传输的时延和丢包率增加这一问题,研究了现有的通过路由选择技术来缓解流量汇聚的解决方案,提出了一种基于熵权法的两阶段动态路由选择技术,缓解了饱和攻击。本文的研究内容以及贡献主要包括:（1）针对传统路由方案可能会使大量攻击流量汇聚至一台交换机,从而产生饱和攻击的问题,提出了基于熵权法的两阶段路由选择技术。在第一阶段,通过Yen算法为每一对交换机计算出若干条路径作为备选路径,并在运行过程中根据交换机的流表空间、上报PACKETN速率动态地增加备选路径;在第二阶段根据网络的实时属性,综合考虑控制信道带宽占用、流表占用空间、时延和可用带宽这些网络因素,基于熵权法对备选路径集合中的备选路径进行评分,选择一条最优路径作为路由路径,避免过多流量汇聚至一台交换机,缓解了饱和攻击。（2）设计和实现了一套SDN路由选择系统。系统在SDN控制器基础上加入了本文提出的基于熵权法的两阶段动态路由选择技术,用于防护软件定义网络拒绝服务饱和攻击,并进行了功能性的实验测试,实验结果表明集成系统能有效的防御攻击,保证软件定义网络安全性。

关键词：软件定义网络饱和攻击动态路由熵权法

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多平台舰舰导弹饱和攻击几个协同问题与模型

兵工学报 2014年第2期35卷 256-261页

作者：曾家有王国卫钟建林谢宇鹏海军航空工程学院指挥系山东烟台264001

针对组织多平台舰舰导弹饱和攻击协同筹划难的问题,运用作战任务规划理论,划分舰艇编队协同任务层次,确定协同任务指标,给出协同约束条件。在此基础上,建立多平台舰舰导弹饱和攻击协同任务分配模型与舰舰导弹时间、空间和频率的协同模... 详细信息

针对组织多平台舰舰导弹饱和攻击协同筹划难的问题,运用作战任务规划理论,划分舰艇编队协同任务层次,确定协同任务指标,给出协同约束条件。在此基础上,建立多平台舰舰导弹饱和攻击协同任务分配模型与舰舰导弹时间、空间和频率的协同模型。方案实例仿真结果表明了协同模型的可行性和有效性,可为指挥员组织反舰导弹协同饱和攻击提供决策参考。

关键词：系统工程方法论任务规划饱和攻击协同舰艇编队舰舰导弹

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实施饱和攻击的导弹多目标火力分配决策

北京航空航天大学学报 2010年第8期36卷 996-999页

作者：杨飞王青董朝阳北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院北京100191 北京航空航天大学航空科学与工程学院北京100191

饱和攻击是高技术战争中打击敌方重要目标、提高导弹突防概率的一种重要作战模式.根据饱和攻击的战术指导思想,从分析反舰导弹火力攻击任务约束、最优火力分配准则及多平台协同攻击的角度出发,建立目标分配优化模型,并将火力分配目标决... 详细信息

饱和攻击是高技术战争中打击敌方重要目标、提高导弹突防概率的一种重要作战模式.根据饱和攻击的战术指导思想,从分析反舰导弹火力攻击任务约束、最优火力分配准则及多平台协同攻击的角度出发,建立目标分配优化模型,并将火力分配目标决策与航路规划决策过程相结合,提出一种多发射平台、多约束下对目标实施饱和攻击的分配实施方法.仿真结果表明：所建立的模型及方法正确有效,可为部队发射平台配置和火力分配提供依据与参考.

关键词：武器-目标分配饱和攻击反舰导弹航路规划

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软件定义网络中饱和攻击的探测与预防机制

常州大学学报（自然科学版） 2022年第6期34卷 63-74页

作者：陈永李致远江苏海事职业技术学院信息工程学院江苏南京211112 江苏大学计算机科学与通信工程学院江苏镇江212013

SDN(软件定义网络:Software defined networking)是一种具有网络可编程、数据平面与控制平面分离功能的网络架构技术。SDN中的安全问题伴随着SDN网络的产生备受业界关注,基于SDN网络架构的特点,饱和攻击在众多安全问题中尤为突出。为解... 详细信息

SDN(软件定义网络:Software defined networking)是一种具有网络可编程、数据平面与控制平面分离功能的网络架构技术。SDN中的安全问题伴随着SDN网络的产生备受业界关注,基于SDN网络架构的特点,饱和攻击在众多安全问题中尤为突出。为解决①传统网络下的饱和攻击检测在SDN环境下难以适应、检出率低,②需要大量的历史数据、系统计算与硬件资源不足等问题,文章提出一种基于子网温度的SDN网络环境下的饱和攻击检测方法。首先通过子网概念进行网络划分,将检测细粒度缩小,提高检测效率,减少检测所需资源;之后,使用子网温度作为衡量饱和攻击发生的判读标准,结和子网温度的检测方法给出一种饱和攻击的防御方案;最后,在Mininet,Ryu,sFlow相结合的实验平台上进行仿真对比。实验结果表明:与其他传统检测技术相比,文章提出的饱和攻击检测算法在使用较少系统资源的同时能够保证较高检测准确率,可靠性更高,检测数据完整,具有高检出率、低误警率特点。

关键词：软件定义网络网络安全拒绝服务攻击检测子网温度饱和攻击

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