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基于威胁传播的多节点网络安全态势量化评估方法
资料介绍
传统的安全态势评估方法主要面向小规模网信息系统,忽略了网络节点间风险的关联性.针对能源互联网中复杂的网络结构,提出基于威胁传播的多节点网络安全态势量化评估方法,1)该方法提出能源互联网网络节点的概念和相关定义,并利用图理论对能源互联网的网络结构进行建模;2)提出基于威胁传播概率的安全态势量化方法,计算网络节点安全态势,并提出多节点网络的权重计算方法 LR-NodeRank,进而评估整个网络的融合安全态势;3)提出一种基于最简威胁图的安全态势改进方法,计算需要开展安全加固的网络边界.实验结果表明:该方法能够准确评估多节点网络的安全态势,能够有效计算边界连接关系.
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ＤＯＩ１０．７５４４ｉｓｓｎ１０００１２３９ ．２０１７ ．２０１６１０１５
－
计 算 机 研 究 与 发 展
ＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｏｍ ｕｔｅｒＲｅｓｅａｒｃｈａｎｄＤｅｖｅｌｏ ｍｅｎｔ
?
（）： ，
５４４ ７３１７４１ ２０１７
－
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基于威胁传播的多节点网络安全态势量化评估方法
１
１
１
２
３
１
１
１
田建伟
田
峥
漆文辉
郝悍勇
李仁发
４１０００７
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黎
曦
乔
宏
薛海伟
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１
（
）
国网湖南省电力公司电力科学研究院 长沙
ꢀ
２
３
（
）
国家电网公司 北京
ꢀ
１０００３１
ꢀ
（
）
湖南大学信息科学与工程学院 长沙
ꢀ
４１００８２
ꢀ
（
ｔｉａｎｗ０５０９ １６３．ｃｏｍ
＠
）
ｊ
ＴｈｒｅａｔＰｒｏａａｔｉｏｎＢａｓｅｄＳｅｃｕｒｉｔ Ｓｉｔｕａｔｉｏｎ ｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅＡｓｓｅｓｓｍｅｎｔｉｎＭｕｌｔｉ
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ＮｏｄｅＮｅｔｗｏｒｋ
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１
２
３
１
１
，
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１
，
，
，
，
，
，
ＴｉａｎＪｉａｎｗｅｉ ＴｉａｎＺｈｅｎ ＱｉＷｅｎｈｕｉ ＨａｏＨａｎｏｎ ＬｉＲｅｎｆａ ＬｉＸｉ ＱｉａｏＨｏｎ ａｎｄＸｕｅＨａｉｗｅｉ
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１
２
３
（
，
ＳｔａｔｅＧｒｉｄ ＨｕｎａｎＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒＣｏｒｏｒａｔｉｏｎＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅ Ｃｈａｎｓｈａ４１０００７
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）
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（
，
）
ＳｔａｔｅＧｒｉｄＣｏｒｏｒａｔｉｏｎｏ Ｃｈｉｎａ Ｂｅｉｉｎ １０００３１
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（
，
，
）
Ｃｏｌｌｅｅｏ Ｃｏｍ ｕｔｅｒＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＥｎｉｎｅｅｒｉｎ ＨｕｎａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔ Ｃｈａｎｓｈａ４１００８２
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Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｔｈｅｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌｓｅｃｕｒｉｔ ｓｉｔｕａｔｉｏｎａｓｓｅｓｓｍｅｎｔｍａｉｎｌ ｆｏｃｕｓｅｓｏｎｔｈｅｓｍａｌｌｓｃａｌｅｎｅｔｗｏｒｋ
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ｙ
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，
ｓｓｔｅｍ ｗｈｉｃｈｈａｓｎｅｌｅｃｔｅｄｔｈｅｒｉｓｋｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎａｍｏｎ ｎｅｔｗｏｒｋ ｎｏｄｅｓ．Ｉｎｖｉｅｗ ｏｆｔｈｅｃｏｍ ｌｅｘ
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，
ｎｅｔｗｏｒｋｓｔｒｕｃｔｕｒｅｉｎｔｈｅｅｎｅｒ Ｉｎｔｅｒｎｅｔ ａ ｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅａｓｓｅｓｓｍｅｎｔｆｏｒｍｕｌｔｉｎｏｄｅｎｅｔｗｏｒｋｓｅｃｕｒｉｔ
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－
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ｓｉｔｕａｔｉｏｎｂａｓｅｄｏｎｔｈｒｅａｔ ｒｏａａｔｉｏｎｉｓ ｒｏｏｓｅｄ．Ｔｈｉｓｍｅｔｈｏｄｆｉｒｓｔｌ ｉｖｅｓｃｏｎｃｅｔａｎｄｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎｏｆ
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，
ｎｅｔｗｏｒｋｎｏｄｅｓｉｎｅｎｅｒ Ｉｎｔｅｒｎｅｔ ａｎｄｍｏｄｅｌｓｔｈｅｅｎｅｒ Ｉｎｔｅｒｎｅｔｎｅｔｗｏｒｋｓｔｒｕｃｔｕｒｅｂ ｕｓｉｎ ｒａｈ
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ꢀ
ꢀ
ꢀ
；
ｙ
，
ｔｈｅｏｒ ｓｅｃｏｎｄｌ ｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅｍｅｔｈｏｄｉｓ ｒｏｏｓｅｄｂａｓｅｄｏｎｔｈｒｅａｔ ｒｏａａｔｉｏｎ ｒｏｂａｂｉｌｉｔ ｔｏｃａｌｃｕｌａｔｅ
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ꢀ
ꢀ
ꢀ
，
ｔｈｅｎｏｄｅｓｅｃｕｒｉｔ ｓｉｔｕａｔｉｏｎ ａｌｓｏａｍｕｌｔｉｎｏｄｅｗｅｉｈｔｉｎ ｍｅｔｈｏｄｃａｌｌｅｄＬＲ ＮｏｄｅＲａｎｋｉｓ ｕｔｆｏｒｗａｒｄｔｏ
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－
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－
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，
ｅｖａｌｕａｔｅｆｕｓｉｏｎｎｅｔｗｏｒｋｓｅｃｕｒｉｔ ｓｉｔｕａｔｉｏｎ．Ｆｉｎａｌｌ ａｓｅｃｕｒｉｔ ｓｉｔｕａｔｉｏｎｉｍ ｒｏｖｅｍｅｎｔｂａｓｅｄｏｎｔｈｅ
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ｙ
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ｙ
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ꢀ
ｓｉｍ ｌｅｓｔｔｈｒｅａｔ ｒａｈｉｓ ｒｏｏｓｅｄｔｏｃａｌｃｕｌａｔｅｔｈｅｎｅｔｗｏｒｋｂｏｒｄｅｒｎｅｅｄｅｄｔｏｒｅｉｎｆｏｒｃｅ．Ｅｘｅｒｉｍｅｎｔａｌ
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ｐ
ｐ
ｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗ ｔｈａｔｔｈｅ ｒｏｏｓｅｄ ｍｅｔｈｏｄｃａｎａｃｃｕｒａｔｅｌ ａｓｓｅｓｓｔｈｅｓｅｃｕｒｉｔ ｓｉｔｕａｔｉｏｎｏｆ ｍｕｌｔｉｎｏｄｅ
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ｙ
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，
ｎｅｔｗｏｒｋ ａｎｄｃａｎａｌｓｏｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌ ｃａｒｒ ｏｕｔｔｈｅｂｏｒｄｅｒｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎｓ．
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； ； ；
Ｋｅ ｗｏｒｄｓ ｎｅｔｗｏｒｋ ｎｏｄｅ ｍｕｌｔｉｎｏｄｅ ｎｅｔｗｏｒｋ ｔｈｒｅａｔ ｒｏａａｔｉｏｎ ｓｅｃｕｒｉｔ ｓｉｔｕａｔｉｏｎｆｕｓｉｏｎ
ꢀ
；
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－
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ꢀ
ｙ
ꢀ
ｓｉｍ ｌｅｓｔｔｈｒｅａｔ ｒａｈ
ｐ
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，
传统的安全态势评估方法主要面向小规模网信息系统 忽略了网络节点间风险的关联性 针对
．
摘
要
ꢀ
ꢀ
，
能源互联网中复杂的网络结构 提出基于威胁传播的多节点网络安全态势量化评估方法
，）
该方法提出
１
，
能源互联网网络节点的概念和相关定义 并利用图理论对能源互联网的网络结构进行建模
；）
提出基于
２
，
，
威胁传播概率的安全态势量化方法 计算网络节点安全态势 并提出多节点网络的权重计算方法
ＬＲ
－
，
；）
３
，
进而评估整个网络的融合安全态势
提出一种基于最简威胁图的安全态势改进方法 计算
ＮｏｄｅＲａｎｋ
：
，
需要开展安全加固的网络边界 实验结果表明 该方法能够准确评估多节点网络的安全态势 能够有效
．
计算边界连接关系
．
：
；
：
－
２０１７ ０１ １９
收稿日期
修回日期
－ －
２０１６ １２ ２１
－
ꢀ
：
基金项目 国家自然科学基金项目
（
）
６１６７２２１７
ꢀ
（
）
Ｔｈｉｓｗｏｒｋｗａｓｓｕ ｏｒｔｅｄｂ ｔｈｅＮａｔｉｏｎａｌＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＦｏｕｎｄａｔｉｏｎｏｆＣｈｉｎａ ６１６７２２１７ ．
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，
（）
２０１７ ５４４
ꢀ
计算机研究与发展
７３２
；
；
；
；
网络节点 多节点网络 威胁传播 安全态势融合 最简威胁图
关键词
ꢀ
中图法分类号
ＴＰ３９３
ꢀ
，
种基于最简威胁图的安全态势改进方法 为安全决
随着化石能源的日渐枯竭和环境污染的逐步加
ꢀꢀ
，
剧 以输送清洁能源为目标的能源互联网概念被提
策者提供合理的安全解决方案
．
［
］
１３
－
：
本文主要做出了 点贡献
３
出并逐渐受到业界认可
能源互联网是新能源技
．
）
，
，
、
面对能源互联网复杂的网络结构 构建连接
术与互联网技术相结合 实现电力流 信息流和业务
１
［
］
４６
－
，
关系图模型 能够准确地对影响网络安全态势的要
流高度融合 的共 享 网 络
能源互 联 网 中 智 能 电
．
、
，
、
素进行识别和分析
网 物联网和互联网技术的深度融合 新能源 分布
．
）
、
，
提出基于威胁传播概率的安全态势量化方
式能源 微电网和电动汽车充放电设施的接入 造成
２
，
，
，
原有封闭隔离的网络边界模糊化 安全防护薄弱环
法 能够反映节点间威胁的关联性 同时考虑了服务
，
权重对安全态势的影响 提出了多节点的安全态势
，
节增多 为 黑 客 提 供 了 更 多 的 攻 击 路 径 和 攻 击 目
［］
７
，
，
融合方法
标
遭到破坏性攻击的后果十分严重 存在大规模
．
）
提出了一种基于最简威胁图的安全态势改
甚至全球范围内的停电事件风险 如何准确地评估
．
３
，
，
进方法 该方法通过构造最简威胁图 能够寻找解决
，
能源互联网信息安全态势 及时采取有效的安全控
目标网络安全威胁的关键措施集合
，
制措施 是保障能源互联网安全的重要研究课题
．
．
，
安全态势评估是通过获取安全相关元素 分析
［］
８
网络节点安全态势评估模型
和判断安全状况 刘玉岭等人 提出了基于时空维
．
１
ꢀ
，
度分析的网络安全态势预测方法 从时间和空间维
，
为便于讨论能源互联网的信息安全态势 本文
度上分析 安 全 要 素 对 安 全 态 势 的 影 响 张 海 霞 等
．
［］
９
首先给出网络节点等概念的相关定义
，
．
人
使用攻击能力增长表示攻击者的最终目标 并
定义
网络节点 将分布于能源互联网不同物
１． ．
，
以此分析攻击路径 从而进行网络安全性的分析 田
．
［ ］
１０
，
，
理位置 通过信息网络互联起来 支撑分布式能源接
，
志宏等人 提出利用上下文验证的方法 过滤无关
［ ］
１１
，
入控制 实现信息流和控制流传输的一个信息系统
，
的虚假警报 使得安全评估更为准确 韦勇等人
．
集合称为一个网络节点 网络节点 可用一个五元
，
利用漏洞信息和服务信息 经过态势要素融合和节
．
ｈ
（ ， ，，，）
ｈ＝ ｉｄ ｔｖａ ．
ｆ
，
ｉｄ
组来表示
其中
为网络节点的
点态 势融 合 计算 网络 安全 态 势 国 外 的
．
Ｍｏｈａｍｅｄ
［
］
１２１３
－
；
ｆ
；
为该节点的权重 为该节点检测到的攻击
ｔ
标识
等人
通过分析警报之间的逻辑关系对警报进行
；
，
、
、
信息 为该节点的脆弱性信息 包括漏洞 服务 安
ｖ
，
关联 分 析 评 估 网 络 的 威 胁 态 势
［ ］
１４
人
等
．Ｂｒｎｉｅｌｓｓｏｎ
ｙ
；
，
、
全配置等
为该节点资产价值 包括保密性 完整
ａ
通过博弈论的方法预测和分析安全态势
．
｛ ， ，…， ｝
ｈ
ｎ
性和可用性
称为网络节点的全
．Ｈ＝ ｈ ｈ
１
，
能源互联网全球泛在和分布式接入的特性 以
２
集 在网络节点中检测到攻击信息的节点称为威胁
．
、
、
及信息系统和能源系统在量测 计算 传输和控制等
［
］
１５１６
，
－
，
热源节点 表示为
｛ ，…， ｝
Ｈ′＝ ｈ ｈ
ｑ
Ｈ．
ｍ
环节的高度集成
导致能源互联网的网络结构
，
如图 所示 网络节点
１
，
ｈ
～
１０
， ，
ｈ ｈ ｈ
５
其中
ｈ
１
２
４
、
、
，
“
复杂 信息量大 安全态势影响因素多 存在 一点突
，
为威胁热源节点 在图 中 网络节点内部功能各异
．
１
，
”
破 影响全网 的风险 而现有的研究工作偏重于孤
．
的信息系统被用于传输数据和服务信息的网络链路
，
立信息系统或者小规模网络的安全态势评估 忽略
，
互联起来 使得网络节点之间存在逻辑访问关系
．
，
了大规模网络中威胁的相互传播影响 评估要素不
（
ｈ １ ｉ ｎ
≤ ≤
）
定义
连接关系 网络节点
２． ．
通过
ｉ
，
，
全面 使得评估结果不够准确 难以对网络结构复杂
，
网络链路 存在到网络节点
（
，
ｎｉ
ｊ
）
中信
到
ｈ １
≤ ≤
≠
ｊ
ｊ
，
的能源互联网做出准确的信息安全态势评估 为此
．
，
息系统或设备的逻辑访问关系 称为网络节点
ｈ
ｉ
本文提出了面向能源互联网的多节点网络安全态势
，
ｌ
，
ｉ
ｊ
网络节点
的连接关系
所有连接关系的集合
ｈ
ｊ
）
量化评估方法
提出了能源互联网网络节点的概
．１
为
Ｌ．
，
念和相关定义 并利用图理论对能源互联网的网络
定义
连接关 系图 能源 互 联网中各 网络节
３． ．
；）
２
结构进行建模
通过基于威胁传播概率的安全态
，
Ｇ Ｇ＝
点的连接关系构成了一个连接关系有向图
，
，
势量化方法 计算网络节点安全态势 进而综合考虑
（ ， ）
Ｈ Ｌ ．
，
服务权重 计算整个网络的融合安全态势
；）
３
提出一
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