基于博弈模型的网络安全最优攻防决策方法

◆李 欣

（新疆工程学院 新疆 830023）

基于博弈模型的网络安全最优攻防决策方法

◆李 欣

（新疆工程学院 新疆 830023）

随着计算机信息技术的快速发展，计算机信息技术在人们的工作生活中得到了广泛地应用，但由此引发的网络安全问题，也得到了人们密切关注。为了保证网络安全，通过利用博弈模型进行攻防交互，可以设计一种网络安全最优攻防决策。基于博弈模型的网络安全最优攻防决策应用过程中，根据网络拓扑信息、节点的可达关系和脆弱性信息，生成状态攻防图，从而对各原子的攻击概率和危害情况进行分析，保证网络安全防护设计具有较强的针对性，以满足网络安全建设实际需要。

博弈模型；网络安全；最优攻防决策

0 前言

博弈论在网络安全问题中的应用，注重在事前进行分析和研究，从而保证信息网络安全。博弈模型的构建，从网络攻击和防御两个角度出发，探讨了网络防御过程中存在的脆弱点，通过对这些脆弱点进行改善，以期更好地提升网络安全。目前应用于网络安全最优攻防决策的方法，主要以状态攻防图为主，通过结合安全脆弱点对系统安全情况进行评估，并结合效用矩阵，得出最优攻防决策。最优攻防决策方法的利用，能够弥补当下防火墙以及杀毒软件被动防御存在的缺陷，更好地保证网络安全。

1 博弈模型与状态攻防图分析

博弈模型是一种事前进行决策的分析理论，在具体应用过程中，需要考虑到理论与实际之间的差异性，从而保证博弈模型能够对安全问题进行较好的解决。博弈模型在应用过程中，要注重对状态攻防图进行把握。状态攻防图是一种状态转换系统图，其公式为：，公式中S表示为状态节点集，反映出了网络的安全状态；T表示图中边集，反映了网络安全状态的变化关系；DS则表示了网络的初始状态；GS为攻击目标集合。

状态攻防图在具体应用过程中，需要对其生成算法进行把握。首先，需要输入的信息包括以下几点：网络拓扑的可达矩阵；脆弱点集合；可利用规则；初始状态节点；其次，对状态攻防图SADG进行输出。状态攻防图的输出，主要包括了以下内容：网络拓扑可达矩阵RM；初始安全状态节点So；主机节点集合；vuls集合等。在对状态攻防图利用过程中，需要根据状态变迁情况，对状态攻防图进行相应的完善，以使其功能和作用得到有效发挥。

2 网络攻防博弈模型构建

在进行网络攻防博弈模型构建过程中，要对网络安全防御图和攻防博弈模型的内容有一个较好的了解，从而利用网络安全防御图，对防御节点信息进行把握，保证系统能够有效的抵御攻击。同时，网络攻击博弈模型构建过程中，要对成本和收益进行较好把握，建立完善的攻防博弈模型，对攻击和防御因素进行较好把握。

2.1 网络安全防御图

网络攻防博弈模型构建过程中，需要对网络安全防御图内容予以一定的认知和把握，从而为网络攻防博弈模型构建提供有利条件。从网络安全防御图的本质来看，其是一个6元组，对其可以利用公式进行表示：}...0..{SdSaSsStSS=，其中S为整个网络安全防御图的节点集，t代表了网络节点状态下的网络安全情况，So反映了最初阶段的集合状态；Ss则代表了攻击目标集合；Sa表示对抗攻击集合；Sd则代表防御集合。在对应用过程中，要对每一个节点的网络安全状态进行把握，并对网络访问能力进行分析，从而了解到攻击者可能采取的攻击方式。

2.2 攻防博弈模型

攻防博弈模型的利用，能够有效地构建最优防御策略，从而在成本和效果方面，都能够获得较好的收益。攻防博弈模型在利用过程中，其模型是一个3元组，利用公式在对攻防博弈模型表达时，攻防博弈模型=},,{USN，其中，N代表了攻防博弈模型的设计者；S反映出了策略集合；U则代表了攻防策略。在利用攻防博弈模型在对网络安全问题分析过程中，网络安全产生的损失，表示了攻击者所获得的利益。在对攻防博弈模型选择过程中，需要对相关算法进行较好的把握。具体步骤如下：第一步，确定初始化攻防博弈模型：),(),,(),,(UdUaSdSaPdPa；第二步对攻击策略集合进行构建；第三步建立防御策略集合：；第四步，对防御策略进行给出：；第五步，生成矩阵U；第六步对),(),,(),,(UdUaSdSaPdPa进行求解。通过利用攻防博弈模型},,{USN，能够对最优攻防决策方法进行把握，从而为网络安全提供重要帮助。

3 基于博弈模型的网络安全最优攻防决策方法实例分析

在对博弈模型基础下的网络安全最优攻防决策方法分析过程中，通过利用实例，可以对这一问题进行更好的认知和了解。本文在实例分析过程中，网络拓扑图设计情况如图1所示：

图1 网络拓扑图

结合图1来看，网络拓扑中主要涉及到了互联网、攻击主机、防火墙、server1-4数据节点、路由器等装置。在进行实例分析过程中，脆弱点的设计，主要为权限提升类弱点。关于脆弱点的信息，我们可以从表1中看出：

表1 网络各节点中的脆弱点扫描信息统计表

在对网络各节点中的脆弱点扫描完成后，需要对攻击路径进行较好的把握，从而对攻击成功的概率和危害性进行分析，以保证网络安全防御能够具有较强的针对性和可靠性。关于攻击路径问题，我们可以从表2中看出：

表2 攻击路径统计表

针对于攻击方，为了保证系统安全，防御方需要针对于攻击方，提供相应的解决对策。对此，利用博弈模型进行最优攻防决策过程中，具体内容我们可以从下面分析中看出：

首先，应对于Server1节点的最优攻击策略在于对“2005-0768”的脆弱点进行利用，从而对这一节点进行攻击，获取用户权限。用户在防御过程中，需要对Server1的节点进行升级，从而保证对攻击方进行有效的防范。

其次，在对Server2节点进行攻击过程中，其脆弱点为“2005-1415”和“2004-2366”节点，从而对用户权限进行获得。用户在进行防御过程中，需要对Server1的节点进行升级，并对Server2中的“2005-1415”节点和“2004-2366”节点进行升级，这样一来，考虑到攻击成功的概率64.6%，需要对防火墙等防御系统进行更新，以避免系统遭受攻击。

再次，在对Server3进行攻击过程中，首先对Server1的权限进行获取，之后利用Server2的脆弱点攻击Server3，获取Server3的用户权限。用户在进行防御过程中，需要针对于Server3的脆弱点对防御系统进行更新。

最后，在对Server4攻击过程中，需要获取Server1、Server2、Server3的权限，从而攻击Server4的脆弱点2002-0694，攻击成功率在70.7%左右。在进行防御过程中，需要对Server4的脆弱点进行更新，并利用Send mail补丁，以避免系统遭受攻击和入侵。

4 结论

在利用博弈模型对网络安全最优攻防决策分析过程中，要注重对网络可达性和脆弱点进行把握，生成状态攻防图，从而对可能产生的攻击情况进行把握，在进行防御过程中，采取有效措施进行抵制。这一过程中，要注重对攻击路径的成功几率和危害情况进行把握，从而保证在防御过程中，能够把握侧重点，以使最优攻防决策能够满足实际需要。随着计算机信息技术的广泛应用，网络安全问题成为人们关注的一个重点内容，在这一过程中，要对安全风险管理有一个较好的认知，保证相关决策能够对问题进行较好的解决。

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[2]黄金山．基于博弈模型的网络安全最优攻防决策方法[J]．网络安全技术与应用，2014．

[3]赵振国．基于攻防博弈模型的网络安全测评和最优主动防范[J]．电子测试，2015．

[4]姜伟，方滨兴，田志宏，张宏莉．基于攻防随机博弈模型的防御策略选取研究[J]．计算机研究与发展，2010．