基于演化博弈的NFV拟态防御架构动态调度策略

构建网络功能虚拟化（NFV）拟态防御架构能够打破防御滞后于攻击的攻防不对等格局,其中动态调度策略是关键实现技术。然而,现有拟态防御架构中的动态调度策略大多根据执行体自身固有的特点进行调度,没有进一步利用裁决机制对异常执行体的定位感知能力做优化调整。通过引入演化博弈理论,设计一种新的NFV拟态防御架构动态调度策略。在NFV拟态防御架构中增加一个分析器,用于对历史裁决信息进行分析研究。根据分析器中得到的反馈信息,从攻防双方的有限理性出发构建多状态动态调度演化博弈模型,并采用复制动态方程求解该博弈模型的演化均衡策略,利用李雅普诺夫间接法对均衡策略进行稳定性分析,提出基于演化博弈的动态调度策略选取算法。仿真结果表明,该策略能够利用裁决机制对异常执行体的定位感知能力,通过深入分析研究和不断调整优化选择具有适应性和针对性的调度策略,有效提升系统的安全收益和防御效能。     

基于激励机制的网络攻防演化博弈模型研究

随着网络信息系统的日益复杂化,网络的安全性和用户隐私性引起了人们的高度重视,寻找能够维护网络安全、分析和预判网络攻防形式的新技术尤为重要.由于演化博弈理论的特性与网络攻防的特性较为契合,因此,本文对网络环境进行了分析,构建网络攻防场景,并在惩罚机制的基础上引入激励机制,提出了基于激励机制的攻防演化博弈模型.通过给出群体不同的问题情境,利用复制动态方程对局中人的策略选取进行演化分析.另外,在第三方监管部门对局中人管理的基础上,分析不同攻击时长时攻击群体的演化规律,证明攻击具有时效性.通过激励机制对防御群体策略选取的影响以及引入防御投资回报,来进一步证明增加激励机制的可行性.根据实验验证表明,本文提出的攻防演化博弈模型在不同的问题情境下均可达到稳定状态并获得最优防御策略,从而有效减少防御方的损失,遏制攻击方的攻击行为.     

FAWA:一种异构执行体的负反馈动态调度算法

拟态防御作为一种新提出的网络防御方法,其不可预测的特性使其具有出色的防御效果.异构执行体是拟态防御中由各类防御策略构成的异构部件,拟态防御机制通过对异构执行体的动态调度来获得防御的动态性.传统的调度方法具有一定的局限性,针对这些局限性,综合考虑防御的全面性和历史防御成功率信息,提出了一种新的具有负反馈能力的动态调度算法FAWA,并设计了仿真碰撞实验来模拟网络攻防过程,并与其他调度方法的防御效果作对比.实验结果表明,在攻击方随机装载攻击载荷的场景下,FAWA算法的调度效果始终优于其他算法,能够很好地提高防御成功率;在攻击方同样采取负反馈装载的场景下,FAWA算法的调度效果优于完全随机算法、CRA算法和一些改进的动态人工加权算法,但弱于先进先出算法FIFO.另外,仿真实验通过对比攻击方两种载荷装载场景发现,在随机装载场景下,防御方的防御成功率更低,表明此时攻击方的成功率反而优于负反馈装载场景,这一结论说明攻击方也需要在网络攻防博弈中具备随机性和不可预测性,而不应被过度干扰和调整.     

基于非合作博弈攻击预测的防御策略选取方法

为更好地解决信息安全防御策略的选取问题,针对攻击方和防御方具有的目标对立性、策略依存性和关系非合作性特征,建立了非合作非零和攻防博弈模型。在模型中提出一种改进的收益量化和计算方法,其包含了对防御者反击收益的考虑,能够更加准确地计算博弈均衡。通过对博弈均衡的混合策略进行分析,在理性假设下实现了对攻击动作的有效预测。在攻击预测的基础上,设计了安全防御策略选取算法,其能够针对攻击威胁实现最优防御策略的选取。实例分析验证了模型和方法的有效性。     

拟态防御Web服务器设计与实现

Web服务器系统作为重要的服务承载和提供平台,面临的安全问题日益严重.已有的防御技术主要基于已知攻击方法或漏洞信息进行防御,导致难以很好地应对未知攻击的威胁,从而难以全面防护web服务器系统的安全.论文首先提出了攻击链模型,对已有技术的问题和不足进行了深入的分析.在此基础上,提出了基于“动态异构冗余”结构的拟态防御模型,并描述了拟态防御模型的防御原理和特点.基于拟态防御模型构建了拟态防御web服务器,介绍了其架构,分析了拟态原理在web服务器上的实现.安全性和性能测试结果显示拟态防御web服务器能够在较小开销的前提下,防御测试中的全部攻击类型,说明拟态防御web服务器能够有效提升系统安全性,验证了拟态防御技术的有效性和可行性.最后讨论了拟态防御技术今后的研究前景和挑战.     

复杂网络中基于QRD的主动防御决策方法研究

针对未知网络攻防场景下,信息不公开导致最优防御策略难以准确选取的问题。通过对不完全信息下的网络攻防博弈进行分析,文章首先构建具有探索机制的攻防演化博弈模型;然后基于Boltzmann探索的Q-learning复制动态方程构建攻防决策动态演化方程;最后通过求解演化稳定均衡给出最优防御策略选取方法,并刻画攻防策略的演化轨迹。仿真实验结果表明,对于小规模局域网,在探索程度参数取10附近时,生成的最优防御策略具有较好的可解释性和稳定性,能够使得防御主体获取最大防御收益。     

拟态防御体系OSPF协议研究及分析

网络空间拟态防御技术是一种基于动态异构冗余的新型主动防御技术，通过引入多个异构冗余的执行体，增强广义鲁棒性，通过对多个执行体的策略或者周期性调度，对外呈现特征的不确定性变化，增强安全性。路由协议安全是网络安全的重要组成部分，OSPF协议作为网络空间中部署最广泛、实现最复杂的路由协议，如何实现各异构执行体OSPF协议功能的等价，是支持拟态防御的网络设备亟需解决的问题。首先，科学阐述了拟态防御的设计思想，详细描述了支持拟态防御的路由器的体系结构，论述了OSPF协议在拟态防御体系结构中的处理方法，通过引入OSPF协议代理实现各异构执行体OSPF协议功能的等价，在支持拟态防御的路由器原型样机中验证了该方法的可行性和高性能。最后，结合几种经典的OSPF路由攻击产生的路由器安全风险进行了具体说明及实验验证，实验表明该方法能够有效提高其应对OSPF网络攻击的能力。     

基于演化博弈的WSNs攻防策略选择动力学分析

针对无线传感器网络(WSNs)容易被恶意攻击的问题,引入奖励因子与惩罚因子,提出一种WSNs防御系统与恶意节点的博弈模型。通过对模型的量化分析,计算出博弈双方的收益函数,根据复制动态原理,进行演化动力学分析。给出博弈双方的演化稳定策略,揭示攻防双方策略选择的规律,为WSNs防御机制设计提供理论参考。数值实验验证了演化稳定策略命题的正确性和奖励因子、惩罚因子的有效性。     

基于移动目标防御信号博弈的容器迁移策略

容器作为虚拟机的轻量级替代产品,以其灵活、高效的特点促进了云计算的发展,但同时也面临着同驻攻击、逃逸攻击等安全威胁。针对云环境中的容器安全威胁,构建了基于移动目标防御的信号博弈模型,并提出了多阶段最优防御策略求解算法,通过博弈模型和求解算法选取最优策略,同时通过容器调度方法对容器进行调度,可以增强容器安全性。仿真实验结果表明,提出的迁移策略获取的防御收益相较于Kubernetes自带迁移策略提升了3.6倍,同时容器同驻率降低了79.62%,对现实容器云环境下的防御策略选取和安全性增强具有一定的借鉴意义。     

基于多阶段演化信号博弈模型的移动目标防御决策算法

当前网络安全事故频发,传统被动防御技术已经无法应对未知的网络安全威胁。针对这一问题,构建了多阶段演化信号博弈模型,并以防御方主动发射诱导信号进行安全防御为背景,提出了一种基于多阶段演化信号博弈模型的移动目标防御（MTD）决策算法。首先,以博弈双方不完全信息约束及完全理性前提为假设对模型的基本元素进行定义并进行模型整体理论分析;然后,设计了攻防策略的收益量化方法,并给出了详细的最优策略均衡求解过程;最后,引入MTD方法分析多阶段攻防情况下双方策略的演化趋势。实验结果表明,所提算法能准确预测出不同阶段最优防御策略,而且对新型网络主动防御技术研究具有指导意义。同时,通过蒙特卡洛仿真实验,将所提算法与传统随机均匀策略选择算法进行对比,所得结果验证了所提算法的有效性和安全性。     

基于时机博弈的网络安全防御决策方法

现有的网络防御决策模型大多基于攻防行为进行建模分析,忽视了攻防时机对网络安全产生的影响,且对网络攻防时机的选取大多依赖经验和主观判断,导致网络安全管理者在进行防御决策时难以提供可信的理论支撑。然而网络攻防的时机因素对网络防御决策的意义重大,在面对外部攻击时能否进行实时决策,决定了网络在攻防对抗中能否掌握主动,以最小的代价将攻击危害降到最低。针对网络安全中的时机策略选取问题,提出一种网络安全防御决策方法,基于SIR传染病模型并加以改进,构造描述网络安全状态的微分方程,实现对系统安全状态的实时度量。借鉴FlipIt博弈方法构建攻防时机博弈模型,提出攻防收益量化与计算方法,通过求解不同攻防周期策略下的纳什均衡,获得最优防御时间策略。实验结果表明,当攻击策略一定时,使用该方法动态选择最优防御策略的平均收益为0.26,相比固定周期的防御方法,平均防御收益提高了23.81%。     

基于安全策略的负载感知动态调度机制

针对软件定义网络（SDN）网络控制器流规则篡改攻击等单点脆弱性威胁,传统安全解决方案如备份、容错机制等存在被动防御缺陷,无法从根本上解决控制层安全问题。结合目前移动目标防御、网络空间拟态防御等主动防御技术研究现状,提出一种基于异构冗余结构的动态安全调度机制。建立控制器执行体与调度体调度模型,根据系统攻击异常、异构度等指标,以安全性为原则设计动态调度策略;同时考虑系统负载因素,通过设计调度算法LA-SSA将调度问题转化为动态双目标优化问题,以实现优化的调度方案。仿真结果表明,对比静态结构,动态调度机制在累积异常值、输出安全率等指标上有明显优势,说明安全调度机制中的动态性与多样性能够显著提高系统抵御攻击能力,LA-SSA机制负载方差较安全优先调度更平稳,在实现安全调度的同时避免了负载失衡问题,验证了安全调度机制的有效性。     

基于Stackelberg安全博弈的动态防御策略选取方法

网络攻防对抗的本质是攻防双方非对等主体之间的博弈过程。针对现有网络防御策略研究中攻防博弈双方主体地位对等的先验假设缺陷,将博弈论非对等局中人思想引入网络防御策略生成模型构建过程,提出一种基于Stackelberg安全博弈的动态防御策略生成方法,通过建立网络模型,利用Stackelberg安全博弈强均衡策略算法生成网络的最优防御策略,既充分考虑攻防行为中双方关系彼此影响,又能确保防御策略生成的准确性。实验结果表明所提模型和方法的可行性和有效性。所提模型和方法能够加强系统的安全性。     

基于演化博弈的最优防御策略选取研究

无线传感器网络极易遭受各种安全威胁,基于博弈论的入侵检测方法能有效平衡网络的检测率和能耗,但是基于完全理性假设的传统博弈模型存在不足。因此,针对不同的攻击方式,引入演化博弈理论,从攻防双方的有限理性出发,构建入侵检测攻防演化博弈模型,然后利用复制动态方程分析了攻防双方策略的演化趋势,提出了最优防御策略选取算法。仿真实验表明了所提模型的合理性和算法的有效性,与其他策略相比,所提防御策略更贴合实际应用场景,在保证检测率的前提下,减少了资源消耗,延长了网络生存时间。     

Cross‐layer security design for encrypted CPS based on modified security signalling game

Recent years have witnessed increasing cyber and physical attacks against encrypted cyber‐physical system (CPS) and the ensuing catastrophic consequences. A modified security signaling game (MSSG) model is proposed for capturing attack‐defense interactions and analyzing the cross‐layer security of encrypted CPS. Cyber real‐time performance and physical control performance are both considered in cross‐layer utility function. Theorems concerning the existence of pure‐strategy and mixed‐strategy perfect Bayesian Nash equilibrium (PBNE) are provided, based on which a cross‐layer security design algorithm is proposed for defender's optimal strategy against potential attacks. A numerical case is studied with the effectiveness of our method being proved.     

基于攻防博弈的网络防御决策方法研究综述

博弈论研究冲突对抗条件下最优决策问题,是网络空间安全的基础理论之一,能够为解决网络防御决策问题提供理论依据.提炼网络攻防所具备的目标对立、策略依存、关系非合作、信息不完备、动态演化和利益驱动6个方面博弈特征.在理性局中人假设和资源有限性假设的基础上,采用攻防局中人、攻防策略集、攻防动作集、攻防信息集和攻防收益形式化定义...