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基于多阶段攻防信号博弈的最优主动防御

更新时间：2019-12-24 00:44:08 大小：2M 上传用户：zhiyao6查看TA发布的资源 标签：最优主动防御 下载积分：1分 评价赚积分 （如何评价?） 打赏 收藏 评论(0) 举报

资料介绍

从网络攻防对抗的实际场景出发,针对具有不完全信息约束的多阶段动态攻防过程,构建了多阶段攻防信号博弈模型.针对多阶段攻防过程中信号作用衰减的问题,提出信号衰减因子进行量化描述.在此基础上,设计了多阶段攻防博弈均衡的求解方法,并给出了最优主动防御策略选取算法.通过仿真实验验证了本文模型和方法的有效性,并且分析总结了多阶段攻防博弈的规律.


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2
Vol． 45 No． 2  
Feb． 2017  
第
期
电
子
学
报
2017  
2
ACTA ELECTRONICA SINICA  
年
月
基于多阶段攻防信号博弈的最优主动防御  
，
张恒巍 李 涛  
(
，
信息工程大学三院 河南郑州  
450001)  
:
， ，  
从网络攻防对抗的实际场景出发 针对具有不完全信息约束的多阶段动态攻防过程 构建了多阶段攻  
摘
要
． ， ． ，  
防信号博弈模型 针对多阶段攻防过程中信号作用衰减的问题 提出信号衰减因子进行量化描述 在此基础上 设计了  
， ．  
多阶段攻防博弈均衡的求解方法 并给出了最优主动防御策略选取算法 通过仿真实验验证了本文模型和方法的有效  
，
性 并且分析总结了多阶段攻防博弈的规律  
．
:
;
;
;
;
关键词  
中图分类号  
URL: http: / /www． ejournal． org． cn  
网络攻防 多阶段信号博弈 信号衰减 博弈均衡 防御策略  
TP309 0372-2112 ( 2017) 02-0431-09  
DOI: 10． 3969 /j． issn． 0372-2112． 2017． 02． 023  
:
:
A
:
文章编号  
文献标识码  
电子学报  
Optimal Active Defense Based on  
Multi-stage Attack-Defense Signaling Game  
ZHANG Heng-wei，LI Tao  
( The Third Institute，Information Engineering University，Zhengzhou，Henan 450001，China)  
Abstract: From the real network attack-defense，aimed at the multi-stage and dynamic attack-defense process with the  
restriction of incomplete information，the multi-stage attack-defense signaling game model is proposed in the paper． Consid-  
ering attenuation of the signal effect in the multi-stage attack and defense，signal attenuation factor is proposed for the quanti-  
fication of attenuation． Based on the above，we design the solution for game equilibrium in multi-stage attack and defense．  
Then the algorithm of optimal active defense strategies selection is proposed． Finally，a simulation experiment is conducted to  
verify the effectiveness of the model and method proposed in the paper，through which some rules in the multi-stage attack-  
defense game are concluded．  
Key words: network attack and defense; multi-stage signaling game; signaling attenuation; game equilibrium; defense  
strategies  
破解博弈信息不完全的约束以及如何描述博弈方的行  
1
引言  
．
动顺序 部分研究者基于攻防双方具有完全博弈信息  
［1］  
，
而
当前各类信息安全事件严重威胁网络安全  
， ［5］  
并且同时行动的假设开展研究 例如文献 将网络攻  
、 ，  
防火墙 入侵检测等安全技术 其实质是一种被动等待  
，
防建模为两角色零和博弈过程 基于完全信息静态博  
． ，  
式的安全保护措施 在攻击造成大规模破坏之前 有效  
，
弈理论分析攻防行为 研究最优主动防御策略的选取  
．
，
地分析和预测攻击行为及其危害 有针对性的采取主  
［6］ ，  
文献 以在线社交网络为背景 在完全信息条件下构  
［2］  
．
动防御措施已经成为急切的现实需求  
积极探索并  
．
建静态博弈模型对攻击者行为进行分析 由于网络攻  
构建网络安全主动防御体系已成为近年来解决信息安  
，
防双方的对立竞争关系 掌握对方的博弈信息非常困  
［3］  
．
全问题的新方向和研究热点  
博弈论与网络攻防所  
， ．  
难 因此完全信息假设很难满足 针对网络攻防中不完  
、
具有的目标对立性 关系非合作性和策略依存性高度  
， ［7］  
全博弈信息的实际情况 文献 中构建了静态贝叶斯  
［4］  
，
契合  
略选取研究已取得了丰富的成果  
网络攻防博弈分析必须解决两个关键问题 如何  
目前基于博弈模型的攻防行为分析和防御策  
，
攻防博弈模型 通过求解静态贝叶斯均衡实现最优防  
．
． ［8］  
御策略的选取 文献 引入不完全信息静态博弈理  
:
: 2015-08-03;  
: 2016-05-30;  
:
责任编辑 蓝红杰  
收稿日期  
修回日期  
:
基金项目 国家自然科学基金  
( No． 61303074，No． 61309013) ;  
( No． 13210231002)  
河南省科技计划基金  
432  
2017  
年
电
子
学
报
，
论 对蠕虫病毒攻击和防御策略的效能进行了分析研  
2
多阶段攻防信号博弈模型  
． ［9］  
究 文献 针对网络战的攻防决策问题采用不完全信  
2． 1  
多阶段攻防博弈过程分析  
． ，  
息重复博弈进行了建模和研究 另一方面 由于网络攻  
， ，  
从网络攻防的实际分析 一方面 安全防御需要服  
，
防的动态性 攻防双方同时行动的限制条件很难满足  
，
． ，  
从网络系统提供公共服务的要求 另一方面 攻击者一  
，
因此动态博弈理论更加符合实际 研究成果实用性和  
，
般事先对防御系统进行探测 通过分析探测到的系统  
． ［10］ ［11］  
指导意义更大 文献 和文献 均提出运用随机  
、 ，  
指纹 漏洞等信息了解防御措施和强度 或利用公开信  
，
博弈理论来分析网络攻防过程 不足之处在于状态转  
．
息收集系统的安全防御情况 上述由攻击者探测或防  
，
移概率函数不易确定 使得模型通用性和实用性受到  
御者释放的有关防御措施的信息是攻击决策的重要依  
． ［12］  
限制 文献 中引入动态博弈理论研究网络安全主  
， ．  
据 本文将其定义为防御信号 防御信号的存在具有普  
，
动防御 通过求解和分析博弈均衡实现最优防御策略  
， ，  
遍性 是攻击者分析和判定防御类型 进而决定是否攻  
． ， ，  
的选取 但是 上述成果全部以完全博弈信息为前提 虽  
、 ，  
击 采取何种攻击方式的关键要素之一 对防御信号实  
，
然实现了攻防博弈的动态分析 但仍然 存在较大的  
，
施管控能够对攻击行为施加重要影响 改变攻防双方  
．
不足  
．
的收益 防御者通过有针对性地主动释放真实描述防  
不完全信息动态博弈模型可以同时满足上述两个  
( Signaling Game Model) ，  
( )  
御系统的信号 简称真实防御信号 以及虚假的诱导性  
，
条件 尤其是信号博弈模型  
因
( ) ，  
信号 简称虚假防御信号 能够影响和制约攻击者的  
为可以准确描述情报信息对攻防双方策略选择的关键  
， 、  
情报判断和行动决策 起到威慑攻击者 诱导攻击行为  
、
． ［13］ DDoS  
作用而受到研究者的特别关注 文献 针对 攻  
． ，  
增加防御收益等作用 因此 具备防御信号主动选择和  
，
击的防御决策问题 构建信号博弈模型研究攻防行为  
释放机制的防御策略选取方法可以起到主动防御的  
，
和信号作用机理 在均衡分析的基础上设计了最优防  
．
作用  
． ［14］  
御策略选择算法 文献 采用信号博弈模型建模攻  
［16］  
，
借鉴动态博弈和信号博弈基本理论  
定义防御  
， ，  
防场景 分析攻防双方的博弈收益 设计了一种信息安  
( Leader)  
，
和信号发送者 攻击者  
者为信号博弈的领先者  
．
全防御机制  
( Follower)  
．
和信号接收者 通过分析攻防博弈  
为跟随者  
过程和防御信号作用机理 不同博弈阶段中双方的行  
． ( 1)  
，
但是 上 述文 献受 制于基 本信号 博 弈模型 的 限  
，
， ，  
制 都只能对单阶段网络攻防行为进行分析 即在模  
动顺序和信号作用强度均会发生变化  
在起始阶  
型中攻防双方的策略选择和对抗过程限制为仅一个  
， 、  
段 ①防御者通过防御信号对攻击者进行威慑 欺骗和  
， ．  
回合 无法满足动态多阶段攻防博弈分析的需求 由  
;
诱导 ②攻击者通过前期的探测行为和情报收集形成  
，
于实际的网络攻防过程往往持续多个阶段 且双方能  
，
对防御者类型初始的先验概率判断 在防御信号的作  
够根据前一阶段对抗的过程和结果信息更加准确地  
， ，  
用下 依据贝叶斯法则形成对防御类型的后验概率 并  
， ． ，  
掌握对手情况 进而修改自身的行为策略 因此 具有  
;
据此选择攻击策略 ③防御者选取当前最优防御策略  
、 、  
不完全信息性 动态性 多阶段性特征的攻防行为分  
． ( 2)  
，
在下一阶段 ①攻击者将上一阶段  
实施安全防御  
． ，  
析模型更加符合实际 然而和基本信号博弈不同 在  
得到的防御类型后验概率作为本阶段的先验概率判  
，
动态多阶段信号博弈中 信号的作用随攻防进程的发  
; ，  
断 ②在防御信号的作用下 攻击者依据贝叶斯法则形  
，
展而动态变化 所以动态多阶段攻防信号博弈模型的  
，
成本阶段的防御类型后验概率 并据此选择攻击策略  
;
，
构建和分析难度大 目前据我们所知尚未有公开文献  
． ( 3)  
③防御者选取本阶段的防御策略  
后续阶段攻防过  
3． 2  
．
予以讨论  
，
本文构建多阶段攻防信号博弈模型 对随着攻防  
，
程的分析可以同理类推 详细分析参见  
．
节
， ，  
从信号作用的视角分析 随着攻防过程的进行 借  
，
进程的演进 不同阶段中双方逐渐更加全面地了解对  
，
助已发生的博弈过程和结果等信息 攻击者对防御者  
，
手类型 进而调整自身行为策略的决策过程进行研  
、 ， ，  
的了解逐渐清晰 准确 相比起始阶段 后续阶段中虚假  
．
究 通过分析不同阶段中博弈信号作用的变化机理  
，
、 ．  
防御信号的威慑 欺骗和诱导作用将会出现衰减 根据  
提出信号衰减因子表征博弈信号作用在不同阶段的  
［16］  
，
本文在  
2． 2  
节定义信号衰减因  
信号博弈基本理论  
子 δ 表征虚假防御信号在不同博弈阶段的衰减程度 对  
3． 2 3． 3  
． ，  
变化 在上述基础上 通过对不同阶段博弈均衡的分  
，
，
析 说明博弈信号及其释放机制在主动防御中的作  
．
节
博弈过程中 δ 作用的详细分析参见  
和
， ．  
用 并设计最优防御策略选取方法 与已有工作相比  
，
2． 2  
多阶段攻防信号博弈模型定义  
本文方法能对信息受限条件下的动态多阶段攻防过  
1
定义  
示为九元组  
G
动态多阶段攻防信号博弈模型 可以表  
， ，  
程进行分析 适用性更强 防御策略选取的准确性和  
珘
G = ( N， ，M，，S，P ，P ，T，U) ，  
其中  
Θ
δ
．
可信性更好  
A
A

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