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云重心理論在網(wǎng)絡(luò)安全風(fēng)險評估中的應(yīng)用

文檔作者：覃德澤文檔來源：賀州學(xué)院計算機科學(xué)與工程系		點擊數(shù)：	更新時間： 2022年04月28日
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第28卷第3期計算機仿真2011年3月
文章編號：1006—9348(201 1)03—0174—04
云重心理論在網(wǎng)絡(luò)安全風(fēng)險評估中的應(yīng)用
覃德澤
(賀州學(xué)院計算機科學(xué)與工程系，廣西賀州542800)
摘要：研究利用云重心理論進行網(wǎng)絡(luò)安全風(fēng)險評估問題。針對傳統(tǒng)方法主觀因素多，評估過程繁鎖。不能徹底解決評估過程
存在的大量不確定性和模糊性問題，使得完全客觀的評估難以實現(xiàn)的缺點。為解決上述問題，提出把云重心理論應(yīng)用于網(wǎng)
絡(luò)安全風(fēng)險評估的方法，用云的鶯心向量描述網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的狀態(tài)，用加權(quán)偏離度描述系統(tǒng)狀態(tài)相對理想狀態(tài)的偏離程度，通過
定性評測的云發(fā)生器來確定系統(tǒng)的安全級別。實例驗證了本方法是可行的，并且評估結(jié)果較客觀、準確。
關(guān)鍵詞：云重心理論；網(wǎng)絡(luò)風(fēng)險評估；指標體系；應(yīng)用
中圖分類號：TP393 文獻標識碼：B
An Application of Aloud Focus Theory in Assessment
for Network Security Risk
QIN De．．ze
(Department of Computer Science and Engineering，Hezhou University，Hezhou Guangxi 542800，China)
ABSTRACT：This thesis researches the use of the cloud focus theory to evaluate the security risk of network．Againsting
the defect of traditional method that completely objective evaluation can not be realized due to the great quantity
of subjective factor，the overelaborate procedure of assessment，and the numerous uncertain and fuzzy problems which
can not be thoroughly solved in the assess process，this thesis proposes a way that uses the cloud focus theory to evaluate
the security risk of network．It adopts the focus-vector of cloud to describe the status of network system，adopts
the weighted degree of deviation to describe the deviation between system status and relative satisfactory status，and a．
dopts the cloud Generator Evaluated Orientation to define the security levels of system．Some examples prove that the
method is feasible．a(chǎn)nd the assessment is more objective and accurate．
KEYWORDS：Cloud focus theory；An assessment for network risk；Index system；Application
l 引言
計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)迅猛發(fā)展的同時，各種危害網(wǎng)絡(luò)信息安
全的事件不斷發(fā)生，如大量的不斷更新的病毒、各種惡意軟
件、黑客人侵、系統(tǒng)安全隱患等。網(wǎng)絡(luò)信息安全已成為事關(guān)
國家安全、社會穩(wěn)定和經(jīng)濟發(fā)展的重大問題。因此，研究網(wǎng)
絡(luò)安全問題，制訂安全防范策略，已成為當(dāng)前重大而又緊迫
的任務(wù)。網(wǎng)絡(luò)安全風(fēng)險評估是制訂安全控制策略的基礎(chǔ)和
前提，因此，針對網(wǎng)絡(luò)安全風(fēng)險評估的研究也如火如荼。迄
今為止，人們提出了多種安全風(fēng)險評估方法，如故障樹分析
法(Fault Tree Analysis，F(xiàn)TA)、層次分析法(Analytic Hierarchy
Process，AHP)、模糊綜合評判法(Fuzzy Comprehensive
Evaluation method，F(xiàn)CE)和基于貝葉斯、BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、D—S證
據(jù)理論等方法。這些方法從不同的角度去探討風(fēng)險評估問
題，各有優(yōu)點，但存在共同性的缺點：第一、指標(尤其是模糊
收稿13期：2010—07—27
—174一
指標)的權(quán)重賦值往往主觀性過強，直接影響結(jié)果的客觀性
和準確性；第二、評估過程往往太繁鎖，應(yīng)用起來不方便；第
三，不能徹底解決評估過程存在的大量不確定性和模糊性問
題，使得完全客觀的評估難以實現(xiàn)。云重心理論是用語言
值表示的某定性概念與定量表示間的不確定性轉(zhuǎn)換模型．能
較好地解決概念的不確定性、模糊性和隨機性問題。本文運
用云重心理論于網(wǎng)絡(luò)風(fēng)險評估，建它的模型方法評估過程規(guī)
范、簡單：首先確定網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的指標集、指標權(quán)重、指標的安
全度樣本值，再確定云的重心向量及加權(quán)偏離度，最后通過
加權(quán)偏離度和云發(fā)生器來確定系統(tǒng)的安全級別。因此應(yīng)用
方便。
2網(wǎng)絡(luò)安全風(fēng)險評估
網(wǎng)絡(luò)風(fēng)險評估是指對網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的安全風(fēng)險程度進行分
析評價。根據(jù)ITSEC的定義，所謂風(fēng)險(Risk)是指威脅主體
利用資產(chǎn)的漏洞對其造成損失或破壞的可能性。風(fēng)險的核
萬方數(shù)據(jù)
心因素是不確定性，即某個危險事件發(fā)生時出現(xiàn)損失的可能
性。風(fēng)險是不確定性情況中出現(xiàn)非預(yù)期結(jié)果的可能性?。
結(jié)果雖然不確定，可威脅卻確實存在。給網(wǎng)絡(luò)帶來安全風(fēng)險
的肉素很多，但歸納起來可以分為i類，即威脅(Threat)、漏
洞(Vulnerabmty)和資產(chǎn)(Asset)。威脅是導(dǎo)致對系統(tǒng)或組織
有害的，未預(yù)料的事件發(fā)生的可能性。漏洞，又稱脆弱性，指
的是可以被威脅利用的系統(tǒng)缺陷。能夠增加系統(tǒng)被攻擊的可
能性。資產(chǎn)是屬于某個組織的有價值的信息或者資源。資
產(chǎn)是有價值的，資產(chǎn)價值可通過資產(chǎn)敏感程度、重要程度和
關(guān)鍵程度來表示。
信息資產(chǎn)的脆弱性和威脅的嚴重性相結(jié)合，可以獲得威
脅產(chǎn)生時實際造成損害的成功率，將此成功率和威脅的暴露
率相結(jié)合便町以得出安全風(fēng)險的可能性拉J?？梢?，信息資產(chǎn)
價值、安全威脅和安全漏洞是風(fēng)險評估時必須評估的三個要
素。風(fēng)險評估過程就是資產(chǎn)價值、資產(chǎn)同有漏洞以及威脅的
確定過程。
3網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的指標體系
用重心判別法進行
網(wǎng)絡(luò)安全風(fēng)險評估的第
一步是確定系統(tǒng)的指標
集。按照上述分析，決
定風(fēng)險的要素是資產(chǎn)、
漏洞和威脅，因此，可以
把這三個要素看成是影
響系統(tǒng)風(fēng)險度(或安全
系統(tǒng)風(fēng)險度c或安全度，
圖l網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)指標體系
度)的三個指標，得到如圖1所示的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)指標體系。
4云重心評判法
云重心評判法是在云理論的理論基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，下
面先簡述云理論，再詳述云重心評判法。
4．1云理論簡介
云是用語言值表示某個定性概念與定量之間的不確定
性轉(zhuǎn)換模型。3J。一個定性概念(模糊概念)可以用一個云圖
(云模型)表示，如圖2所示是用一維正態(tài)云描述的語言值
“中年人”云模型(假設(shè)人的平均壽命為100歲)
剖
t
群
圈2“中年人”云模型(Ex=$0。En--6．67．He=O．5)
其中Ex、E玎和He分別叫做期望值、熵和超熵，它們統(tǒng)稱
云的數(shù)字特征值。期望值Ex是云的重心位置，因而代表了
模糊概念的信息中心值，是最能代表這個定性概念的值；熵
En反映定性概念的不確定性，是定性概念模糊度的度量，熵
越大，概念所接受的數(shù)值范圍(Ex一3En，Ex+3En)也越大，則
概念越模糊，隨機性也越大；超熵He是熵的熵，即熵的不確
定性度量，由熵的隨機性和模糊性共同決定[4]，它反映了云
滴的離散程度．超熵的大小間接地反映了云滴厚度，超熵越
大，云滴離散度越大，隸屬度的隨機性也越大。
4．2云重心評判法
4．2．1云重心定義
云重心就是云重心的位置與云重心的高度之乘積。如
果用a表示云重心的位置，b表示云重心的高度，T表示云重
心，則有T=axb。云的期望值就是云的重心位置。期望值相
同的云可以通過比較云重心高度的不同來區(qū)分它們的重要
性，即云重心高度反映了云的重要程度。所以說，通過云的
重心的變化情況可以反映出系統(tǒng)狀態(tài)信息的變化情況【5]。
4．2．2云重心評判法實現(xiàn)步驟
用云重心評判法對系統(tǒng)進行效能評估，一般步驟是№J：
1)求各指標的云模型表示
在給出的系統(tǒng)的指標體系中，一般地，專家對這些指標
賦值時，有的指標可用精確數(shù)值表示，有的宜用語言值表示。
每一專家對各指標賦值得到一組樣本值，n位專家賦值得到
n組樣本值組成決策矩陣。如果某個指標是數(shù)值型指標，則
n位專家賦值得到n個精確數(shù)值，該指標可以用一個云模型
來表示，此云模型的數(shù)字特征值Ex、En可用如下公式計算：
Ex(Exl+Ex2+??+Exn)／n (1)
En=(max(Exl，Ex2，??，Exn)
min(Exl，Ex2，??，Exn))／6 (2)
其中Exl—Exn為專家賦予的n個精確數(shù)值。
如果某個指標是語言值型指標，則n位專家賦值得到n
個語言值(云模型)，該指標可以用一個一維綜合云來表示，
此綜合云的數(shù)字特征值Ex、En可用如下公式計算：
Ex=(ExlEnl+Ex2En2+??+ExnEnn)／
(Enl+En2+??+Enn)
En=Enl+En2+??+Enn
其中Exl—Exn為專家賦予的n個語言值(云模型)的
期望值，Enl～Enn則為n個語言值(云模型)的熵。
2)用一個P維綜合云表示具有P個指標所反應(yīng)的系統(tǒng)
狀態(tài)。
由上一步可知，無論指標是數(shù)值型還是語言型，指標都
可以用一個云模型來表征，因此，P個指標可以用P個云模型
來刻畫，而P個指標(云模型)所反應(yīng)的系統(tǒng)的狀態(tài)就可以用
一個P維綜合云來表示。當(dāng)P個指標所反應(yīng)的系統(tǒng)狀態(tài)發(fā)生
變化時，這個P維綜合云的形狀也發(fā)生變化，相應(yīng)的它的重
心就會改變，因此，可以用P維綜合云的重心來描述系統(tǒng)的狀
態(tài)。P維綜合云的重心T用一個p維向量來表示。即T=
一175—
萬方數(shù)據(jù)
(五，乃，?，L)，其中t=吒×bi(i=l，2，?，P)。當(dāng)系
統(tǒng)的狀態(tài)發(fā)生變化時，其重心變化為r’，T’=(瓦’，咒’，?，
L’)。
3)確定各指標的權(quán)重
權(quán)重的確定方法有很多，如特爾菲法、AHP法、環(huán)比法和
區(qū)間估計法、Pc—LINMAP耦合法、主成分分析法川等。這
些方法各有優(yōu)點，為了消除部分人為因素的影響，這里用以
下公式確定權(quán)重：
職= 上2+盟6 ?≤丁n+l 一+‘ 1<?！芏?
j．2一正：!!：6竺!n；+l<? 2
。。。
理想狀態(tài)視為極高(風(fēng)險度則為無)，則口值越小表示系統(tǒng)在
某時刻狀態(tài)與理想狀態(tài)越接近，系統(tǒng)越安全，反之亦然。將
十一個評語置于連續(xù)的語言值標尺上，并且每個評語值都用
云模型來實現(xiàn)。構(gòu)成一個定性評測的云發(fā)生器。如圖3所
示。
其中W1=1
上式中的n為指標數(shù)，i為排隊等級，i=1，2，?，／71(m≤
n)。(注：排隊等級是對指標按其重要程度所作的一個排列，
重要程度高的指標排在前，相應(yīng)的i取較小值，不同指標可以
處于同一等級，若認為某幾個指標同等重要則它們處于同一
等級，i取相同值)。
再將影歸一化處理即可得到權(quán)重阢}哺1。
4)用加權(quán)偏離度來衡量云重心的改變
一個系統(tǒng)的理想狀態(tài)下各指標值是已知的。假設(shè)理想
狀態(tài)下P維綜合云的重心位置向量為口=(E，，吃，?，E。)，
云重心高度向量為b=(6。，b2，?，b，)，則理想狀態(tài)下云重
心向量r=口×67=(矸，￡，?，￡)。同理，求得某一狀態(tài)
下系統(tǒng)的P維綜合云的重心向量T=(L，咒，?，L)。這
樣，就可以用加權(quán)偏離度(p)來衡量這兩種狀態(tài)下綜合云的
重心的差異情況(注：日值越小表示差異越不明顯，口值越大
表示差異越顯著)。
首先將此狀態(tài)下的綜合云的重心向量歸一化，得到一組
向量r=(砰，《，?，巧)，其中：
砰：f‘I一￡)／礙z<矸時 t之礦時f="l，2，?，P" 一="Σ(E‘巧)" 置="置" t="1，2，?，11)=(無，非常低，很低，較低，" 一176一="一176一" 圖3云發(fā)生器="圖3云發(fā)生器" 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)風(fēng)險評估算例="網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)風(fēng)險評估算例" 表1="表1" 系統(tǒng)指標的四組安全度樣本="系統(tǒng)指標的四組安全度樣本" 萬方數(shù)據(jù)="萬方數(shù)據(jù)" 分別為0="分別為0" _x005F_x0038_0="80" 矩陣="矩陣" n40="n40" _x005F_x0030_="0" _x005F_x0037_4="74" _x005F_x0036_6i="66i" _x005F_x0033_0="30" o郁o="o郁o" _x005F_x0036_91="691" _x005F_x0037_2="72" _x005F_x0037_0l="70l" _x005F_x0032_0="20" _x005F_x0036_5="65" _x005F_x0037_1l="71l" E="E" _x005F_x0032_="2" r="r" 重心向世為r="(r．，7：，r，)：(E" zl="zl" x="x" L="L" 繾此時狀塞距離理想狀態(tài)的加枉餾離度為o="繾此時狀塞距離理想狀態(tài)的加枉餾離度為o" _x005F_x0036_結(jié)柬語="6結(jié)柬語" M="M" I螂10-430一枷="I螂10-430一枷" n瑚5="n瑚5"></矸時>

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