基于攻击检测的网络安全风险评估方法

为了实时评估网络安全风险,建立了用于描述主机安全状态的隐马尔可夫模型,以入侵检测系统的报警信息作为模型输入,计算主机处于被攻击状态的概率.针对攻击报警,提出了一种新的攻击成功概率计算方法,然后结合攻击威胁度计算主机节点的风险指数.最后利用主机节点重要性权重与节点风险指数量化计算网络风险.实例分析表明,该方法能够动态绘制网络安全风险态势曲线,有利于指导安全管理员及时调整安全策略.     

基于攻击图的信息物理系统信息安全风险评估方法

震网病毒等事件实证了信息攻击能对信息物理系统(CPS)带来严重的物理影响。针对这类跨域攻击问题,提出了基于攻击图的风险评估方法。首先,对信息物理系统中的信息攻击行为进行了分析,指出可编程逻辑控制器(PLC)等物理设备中存在的漏洞是信息攻击实现跨域攻击的关键,并给出了信息物理系统中漏洞的利用模式及影响后果;其次,建立风险评估模型,提出攻击成功概率和攻击后果度量指标。综合考虑漏洞固有特性和攻击者能力计算攻击成功概率,根据主机重要程度和漏洞利用模式计算攻击后果。该方法能够将信息域与物理域作为一个整体进行建模,综合考虑多个跨域攻击对系统风险的影响。数值案例表明,多个跨域攻击组合下的风险值是单一攻击下的5倍,计算得到的风险值更为准确。     

基于攻击树模型的数传电台传输安全性评估

数传电台在数据采集与监视控制系统中广泛应用,其传输安全也受到越来越大的挑战。文章为了系统分析评估数据采集与监视控制系统中数传电台传输的安全性,针对数传电台传输阶段可能存在的风险,采用攻击树建模方法,对传统攻击树进行改进,重新定义了攻击节点,量化了叶子节点的攻击风险,建立了以威胁数据采集与监视控制系统安全为攻击目标的攻击树模型,在攻击树的基础上可以直观地反映各种可能的攻击图景。并根据攻击树计算出了各攻击图景发生的概率,根据多攻击图景考虑系统总的安全性。最后利用安全性灵敏度,定量分析各攻击方式发生概率变化对系统安全性的影响,找出对系统安全性影响较大的关键方式,提出提高系统安全水平的措施。文中攻击树模型可以用于评估系统风险,区分不同攻击方式对系统的不同安全威胁程度,由此为决策者采取相应的数传电台传输保护措施提供依据。     

基于攻击树与CVSS的工业控制系统风险量化评估

针对如何进行工业控制系统(ICS)全面客观的风险量化评估与分析,提出了一种新的ICS风险量化评估方法。该方法首先建立系统攻击树与攻击者模型,然后根据ICS的安全特性利用CVSS对攻击树叶子节点进行综合客观的量化,并给出资产价值损失的复数表达式,结合概率风险评估方法分别计算得到攻击序列、目标节点的风险概率与风险值。最后通过攻击者模型综合攻击序列与攻防两端的分析,提取系统最大风险环节与组件。案例分析表明该方法能减少风险要素量化过程中人为主观因素的影响,得到风险的综合定量描述,并找到系统最大风险环节和最需要防护的组件,从而采取有针对性的防护措施实现合理高效的风险消除和规避,验证了该方法的有效性与可行性。     

一种基于相关度矩阵的安全度量模型

定性或定量的安全评估技术是保障系统安全重要手段.量化的安全度量技术在挖掘数据潜在的安全关系和处理大数据量方面比定性方法有明显优势.如何系统地将安全因素进行量化表达,构造可信度高的量化评估模型是量化技术的难点.把安全因素划分成动态、静态两类因素集合,采用概率的方式量化因素对系统安全状态的影响,有效地解决了量化表达的问题,并据此给出了一个基于相关度矩阵的条件概率模型.经仿真结果验证,模型评估出的结果能够较好地反映系统安全状态的变化情况.     

基于时间自动机的入侵意图动态识别方法

入侵意图识别是在具体的网络环境下,根据攻击者的攻击行为和系统防护措施来推理和判断攻击者想要达到的最终目标.针对网络安全领域中的攻防对抗和动态特性,提出一种入侵意图的动态识别方法.该方法利用D-S证据理论融合入侵检测系统的报警信息来提炼攻击者的行为及其可信度,并结合系统响应信息应用时间自动机来实时描述脆弱性的状态变迁过程.然后在层次化的攻击路径图中,根据节点的状态和节点间的依赖关系计算攻击者真实入侵意图的概率.实验结果验证了此方法的有效性.     

云环境下工业信息物理系统现场层安全策略决策方法

云环境下工业信息物理系统架构的转变使得工业现场设备更加暴露于网络攻击下,对工业现场层提出更高的安全需求.随着系统结构愈渐复杂,网络攻击更加智能,系统难以准确获取安全状态,传统的基于状态的安全决策方法将不能实现有效防护,对此提出一种工业信息物理系统现场层安全策略决策方法.首先,根据功能结构划分现场区域,分析潜在的攻击目标、攻击事件与系统防御策略间的关联性,构建攻击防御树;然后,从攻击和防护属性的视角,利用模糊层次分析法量化防御策略收益;接着,结合部分攻击状态构建部分可观的马尔可夫决策过程模型,通过求解模型得到最优安全策略;最后,以简化的田纳西-伊斯曼过程控制系统为对象验证所提出方法能够有效地决策出最优安全策略.     

基于多阶段动态博弈的信息安全技术评价

如何评价分析信息安全技术已成为当前的研究热点.本文基于攻防博弈模型对由防火墙、入侵检测系统构成的安全体系进行了分析,求出了阶段博弈模型的混合策略纳什均衡解.在阶段博弈分析的基础上,引入重复博弈的概念对模型进行了多阶段的动态博弈分析.研究表明,信息安全技术配置直接影响攻防双方的行为变化,贴现因子与入侵概率存在密切关系,从防御方的角度看,入侵概率的准确预测对其策略的选择具有重要影响.因此,作为防御方应积极记录、分析和量化攻击的方式、目标、数量及类型,进而优化配置,这将有效提高应用信息安全技术的效用.     

煤矿企业工业控制系统入侵检测算法

针对现有煤矿企业工业控制系统入侵检测算法未考虑防御因素影响、实现复杂等问题,从攻击进程和防御体系2个方面,提出了一种基于攻防树模型的煤矿企业工业控制系统入侵检测算法。首先,通过对攻击叶节点的攻击属性进行量化并构建指标体系得到攻击叶节点被攻击概率,进而得出攻击路径的入侵成功率,并结合攻击路径的入侵回报率得到攻击路径的入侵概率;然后,引入基于漏报率和误报率的入侵报警率,得到被动防御概率,通过漏洞发现率和漏洞修复率得到主动防御概率;最后,根据攻击路径的入侵概率、被动防御概率和主动防御概率,得出攻击路径最终入侵概率。实例结果表明,该算法能有效检测煤矿企业工业控制系统入侵概率,提高入侵检测的准确性。     

网络攻击下的信息物理系统安全性研究综述

随着信息物理系统在现代工业和制造业中的广泛应用,其安全性逐渐成为关系社会健康发展的重要因素.由于信息物理系统内部物理设备和通信网络的深度融合,网络攻击对系统安全的威胁日益凸显.首先,从攻击者角度总结各类网络攻击的特点,揭示系统在不同攻击下的脆弱性;其次,针对不同网络攻击的特性,从防御者角度对信息物理系统的安全状态估计、攻击检测和安全控制进行介绍,并阐述各防御策略的主要应用场景和优势;最后,对信息物理系统安全性研究面临的主要挑战进行展望.     

Cyber–physical risk assessment for false data injection attacks considering moving target defences

In this paper, we examine the factors that influence the success of false data injection (FDI) attacks in the context of both cyber and physical styles of reinforcement. Existing research considers the FDI attack in the context of the ability to change a measurement in a static system only. However, successful attacks will require first intrusion into a system followed by construction of an attack vector that can bypass bad data detection to cause a consequence (such as overloading). Furthermore, the recent development of moving target defences (MTD) introduces dynamically changing system topology, which is beyond the capability of existing research to assess. In this way, we develop a full service framework for FDI risk assessment. The framework considers both the costs of system intrusion via a weighted graph assessment in combination with a physical, line overload-based vulnerability assessment under the existence of MTD. We present our simulations on a IEEE 14-bus system with an overlain RTU network to model the true risk of intrusion. The cyber model considers multiple methods of entry for the FDI attack including meter intrusion, RTU intrusion and combined style attacks. Post-intrusion, our physical reinforcement model analyses the required level of topology divergence to protect against a branch overload from an optimised attack vector. The combined cyber and physical index is used to represent the system vulnerability against FDIA.

     

Abnormal traffic-indexed state estimation: A cyber–physical fusion approach for Smart Grid attack detection

Integration with information network not only facilitates Smart Grid with many unprecedented features, but also introduces many new security issues, such as false data injection and system intrusion. One of the biggest challenges in Smart Grid attack detection is how to fuse the heterogeneous data from the power system and information network. In this paper, a novel cyber–physical fusion approach is proposed to detect a Smart Grid attack Bad Data Injection (BDI), by merging both the features of the traffic flow in information network and the inherent physical laws in the power system into a unified model, named as Abnormal Traffic-indexed State Estimation (ATSE). The cyber security incidents, monitored by intrusion detection system (IDS), are quantized to serve as the impact factors that are incorporated into the bad data detection system based on state estimation model in power grid. Hundreds of attack cases are simulated on each transmission line of three IEEE standard systems to compare ATSE with current cyber, physical abnormal detection methods and cyber–physical fusion method, including IDS (Snort), bad data detection algorithm (Chi-square test) and SCPSE. The results indicate that ATSE can improve the detection rate 20% than the Chi-square Test on average, filter most false alarms generated by Snort, and solve the observability problem of SCPSE.     

基于模拟攻击的高校网络安全风险评估研究

针对高校网络目前存在的安全风险,提出一种新型的基于模拟攻击的高校网络安全风险评估模型。该模型综合考虑了单机脆弱性和网络攻击威胁,首先结合原有基于单机脆弱性测出的风险值,模拟攻击者利用网络弱点的入侵过程,产生攻击状态图;然后基于生成的攻击状态图和原有风险值,识别攻击者入侵网络所利用的攻击行为、可能路线及导致的安全状态变化,评估潜在威胁的位置;并对新方法的风险值给出了定量分析,从而为针对性地实施风险控制决策提供更准确的依据。实验结果表明,该模型是正确的,并且平均要比目前存在的风险评估模型多发现大约50%的安全风险。由此可以看出,本模型方法的评估结论较传统方法更为准确。     

工业信息物理系统数据注入攻击的事件触发弹性控制

工业信息物理系统(ICPS)恶劣的工业环境使得无线通信网络的通信资源有限, 且通信网络的脆弱性使得系统的稳定性容易受到数据注入攻击的破坏. 本文基于输入到状态理论, 采用H1观测器、预测器和事件触发器建立基于事件触发的ICPS模型来降低通信资源的利用率, 并构造基于改进卡尔曼滤波器的攻击补偿模块进行攻击补偿, 攻击补偿模块的参数随着攻击者攻击策略不同而进行改变, 实现对数据注入攻击的弹性控制. 用matlab软件进行仿真实验, 以倒立摆作为被控对象, 模拟基于事件触发的ICPS模型受到数据注入攻击时系统的稳定性能. 仿真结果表明, 事件触发控制策略和基于改进卡尔曼滤波器的攻击补偿模块的组合不仅能够保证系统期望的稳定性, 还能有效减少数据通过无线网络传输的次数.     

基于DoS攻击能量分级的ICPS综合安全控制与通信协同设计

针对一类有限能量拒绝服务（denial of service,DoS）攻击与执行器故障共存的工业信息物理系统（industry cyber-physical system,ICPS）,研究了综合安全控制与通信协同设计问题。首先,考虑单侧网络遭受DoS攻击的情形,构建了ICPS综合安全控制架构,并从防御者的视角通过分析不...     

面向漏洞生命周期的安全风险度量方法

为了反映信息系统安全漏洞的风险随时间动态变化的规律,构建基于吸收Markov链的漏洞生命周期模型,计算先验历史漏洞信息作为模型输入,构造漏洞生命周期的状态转移概率矩阵,在时间维度上利用矩阵对状态演化过程进行推导.借鉴通用漏洞评分标准分析漏洞威胁影响,给出安全漏洞的时间维度风险量化方法,并对漏洞生命周期各状态发生概率的演化规律进行总结和分析.最后以典型APT攻击场景中“WannaCry”勒索病毒的漏洞利用过程为例,验证了模型及方法的合理性和有效性.     

一种自适应的动态取证机制

随着网络入侵技术和计算机犯罪技术的发展,动态取证变得越来越重要.利用入侵检测系统和蜜罐来实现入侵取证的方法在取证的实时性方面有很大优势,但这些方法没有过多考虑系统被入侵时证据可靠性以及系统可靠性的问题,而且取证的时机难以掌握.提出了一种自适应的动态取证方法,该方法采用入侵检测系统作为取证触发器,利用影子蜜罐对疑似攻击进行确认和进一步观察分析,自适应调整取证过程,获取关键证据,最后采用有限状态机对该机制进行建模,并对该机制中的状态转换时机、影子蜜罐、证据安全存储等关键技术进行描述.利用该机制来实现动态取证,可以使得取证过程更可控,可以减少不必要的证据量,并增强系统的容侵性.     

网络安全风险评估的云决策

为了更合理地评估网络安全风险,利用云模型集成随机性和模糊性的优点,提出一种基于云模型的网络安全风险评估和决策方法。首先,通过采样系统正常状态信息,构造标准概念云;在进行风险评估时,采样处于风险状态时的信息,计算其云数字特征;然后利用改进的基于云滴距离的云相似度算法,计算与标准概念云的相似度,相似度最大的即为最终输出结果。最后,通过Kddcup99数据集进行模拟攻击及性能采样仿真实验。结果表明,该方法最大限度地保留了风险评估过程中固有的不确定性和模糊性,提高了评估结果的可信性。     

ROI-Driven Cyber Risk Mitigation Using Host Compliance and Network Configuration

Automated cyber security configuration synthesis is the holy grail of cyber risk management. The effectiveness of cyber security is highly dependent on the appropriate configuration hardening of heterogeneous, yet interdependent, network security devices, such as firewalls, intrusion detection systems, IPSec gateways, and proxies, to minimize cyber risk. However, determining cost-effective security configuration for risk mitigation is a complex decision-making process because it requires considering many different factors including end-hosts’ security weaknesses based on compliance checking, threat exposure due to network connectivity, potential impact/damage, service reachability requirements according to business polices, acceptable usability due to security hardness, and budgetary constraints. Although many automated techniques and tools have been proposed to scan end-host vulnerabilities and verify the policy compliance, existing approaches lack metrics and analytics to identify fine-grained network access control based on comprehensive risk analysis using both the hosts’ compliance reports and network connectivity. In this paper, we present new metrics and a formal framework for automatically assessing the global enterprise risk and determining the most cost-effective security configuration for risk mitigation considering both the end-host security compliance and network connectivity. Our proposed metrics measure the global enterprise risk based on the end-host vulnerabilities and configuration weaknesses, collected through compliance scanning reports, their inter-dependencies, and network reachability. We then use these metrics to automatically generate a set of host-based vulnerability fixes and network access control decisions that mitigates the global network risk to satisfy the desired Return on Investment of cyber security. We solve the problem of cyber risk mitigation based on advanced formal methods using Satisfiability Module Theories, which has shown scalability with large-size networks.     

基于多信道博弈的ICPS虚假注入攻击防御策略

工业信息物理系统(ICPS)与基础设施的连接越来越密切,同时通信网络也易受到环境干扰和虚假数据注入攻击的影响.鉴于此,研究基于多信道传输框架和minimax控制器,提高ICPS在攻击、环境和噪声干扰下的弹性.通过设计minimax控制器以增强ICPS在噪音和干扰下的弹性,基于多信道传输框架建立发射机与攻击者之间的攻防博弈模型,通过多信道上的攻防博弈策略实现整个ICPS的弹性防御策略.通过OPNET和Matlab的联调仿真,验证模拟数据注入攻击下基于多信道传输框架的ICPS控制系统的性能.仿真结果表明, minimax控制器和多信道传输框架组成的弹性防御策略,能够同时提升系统在环境干扰下的稳定性并有效降低数据注入攻击对ICPS的影响.