面向协同信息攻击的物理电力系统安全风险评估与防御资源分配

乌克兰大停电事故表明,对电力信息网实施协同信息攻击将严重威胁电力信息物理系统(electric cyber physical system,ECPS)的安全,提出一种面向协同信息攻击的ECPS风险评估及防御资源分配方法具有现实意义。在分析信息攻击对物理电网的破坏机制与ECPS的信息攻击防御措施的基础上,从攻防博弈角度提出了协同信息攻击的概率表达。然后综合考虑信息攻击的成功率与破坏程度,给出了面向协同信息攻击的ECPS风险计算公式。最后,根据风险计算公式,提出了既定风险情况下的防御资源需求值确定方法与有限防御资源情况下的资源优化分配方法。并将上述方法应用于以10机39节点系统为基础的ECPS,验证了方法的有效性。

恐怖袭击事件的防御资源分配问题

在考虑防御资源可能有限的情况下,提出将零和博弈的思想运用于恐怖袭击事件的风险评价问题中.采用定量分析方法,利用目标损失概率模型对各被袭目标的有限资源配置进行决策,分析模型中各关键参数的确定方法,探讨袭击资源、防御资源的最优分配方案.以城市地铁站点为例,对各站点风险等级定性评估,计算和比较不同防御资源下各目标的损失概率,确定有限防御资源下目标资源分配的最优方案,并验证所提出方案的实用性和有效性.

考虑机场位置与航线流量影响的航空网络防御资源优化策略

传统复杂网络领域对网络防御问题的研究未考虑影响航空网络防御资源配置的主要因素,为此提出一种考虑机场位置、航线流量等因素的基于航空网络实际的防御策略,来降低网络风险。首先,利用节点脆弱性减少模型确定不同类型防御资源防御量与节点防御能力的函数关系;然后,对传统的重要度评价矩阵做出改进,考虑航线流量、机场位置等影响航空网络防御资源配置的因素对节点进行重要度排序,并分析节点与整个航空网络风险的关系;最后,在总防御资源量一定的情况下,利用模拟退火算法对各个节点配置的防御资源量进行求解,使得网络总风险最小。通过对随机生成网络与中国航空网络的实验发现,该优化策略在分配防御资源时,能够区分机场节点位置和流量的差异,相比于传统方法能够有效降低网络总风险。

基于贝叶斯博弈的防御资源调配模型研究

为了降低关键目标遭受攻击者攻击造成的预期损失,以加油站为例,提出一种基于贝叶斯博弈方法。将以往针对一种攻击者类型的研究扩展为针对多种攻击者类型的研究,该模型能够帮助防守者通过优化有限的防御资源来极小化他们的预期损失;通过对比分析完全信息博弈和贝叶斯博弈下的不同实验结果,最后得出,在完全信息博弈场景下,防御资源调配取决于攻击者对任意一个加油站的偏好而不是加油站本身的实际价值,某种程度上造成了防御资源的浪费;而在提出的贝叶斯博弈方法下,根据多种攻击者类型的先验概率来调配防御资源,当某一种类型攻击者的先验概率增加时,该方法能够帮助防守者修改防御资源配置来抵御该类型攻击者的攻击,降低防守者的损失,使防御资源调配更加合理。

电力信息物理系统入侵容忍能力评估方法

随着控制系统与新信息技术的集成程度不断提高,电力信息物理系统(cyber-physical power system,CPPS)不仅面临着来自物理世界的不确定性,还面临着来自网络空间的攻击威胁,亟须能够评估CPPS遭受网络攻击时防御能力的方法。提出一种以平均失效时间与可靠度为评估指标的入侵容忍能力与最优资源配置的评估方法。首先,采用半马尔可夫链模型对高级可持续威胁(advanced persistent threat,APT)进行建模,具体分析来自网络层面的攻击对CPPS的破坏渗透过程,利用随机博弈模型动态描述CPPS中攻防双方的交互过程,预测纳什均衡下攻击者的理性进攻策略,确定应对恶意攻击的最佳防御策略。最后,以CPPS安全试验场为案例仿真验证了入侵容忍能力评估方法的有效性,结果说明:入侵容忍能力对CPPS安全运行具有不可忽视的作用。