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M-FlipIt博弈模型在拟态防御策略评估中的应用
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更新于2024-07-03
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"基于M-FlipIt博弈模型的拟态防御策略评估" 拟态防御是一种创新的网络安全防御技术,由邬江兴院士团队于2013年提出,旨在解决网络空间安全中的攻防不对称问题。它通过在功能等价的前提下,采用异构冗余和动态反馈机制,改变系统的结构或执行环境,以抵抗基于已知或未知漏洞的攻击。这种方法的核心理念是“变结构提升系统安全性”,能够在不依赖传统安全措施的情况下,为网络系统提供普遍且显著的防御能力。 当前,拟态防御技术已经在Web服务器和路由器等系统中得到验证,但对其防御策略的优化研究相对较少,尤其是针对高级持续性威胁(APT)的策略分析和优化。APT是一种长期、复杂的网络攻击形式,能避开传统安全防护,深入系统内部进行长期潜伏。 本文引入了M-FlipIt博弈模型,这是对经典的FlipIt模型的改进,以适应拟态防御应对APT攻击的场景。在M-FlipIt模型中,攻击者和防御者之间的策略选择和收益被详细建模,通过分析单次和连续博弈,揭示了攻击者收益的变化和防御者成功防御的概率。 案例分析部分,文章假设了不同的攻防情景,并对博弈参数进行了设定,以模拟完全异构和有限异构条件下的动态策略。这些案例帮助理解在不同异构程度下,如何调整拟态防御策略以提高防御成功率。 该文的主要贡献在于: 1) 提出M-FlipIt模型,为攻防双方的决策过程提供了理论框架,有助于理解攻击者行为和防御者响应之间的动态关系。 2) 通过案例分析,展示了在实际环境中如何运用这个模型来制定防御策略,特别是在对抗APT攻击时的策略选择。 这些研究结果为拟态防御系统的策略优化提供了理论支持,有利于指导多场景下的防御策略设计和部署,增强了网络空间对抗高级威胁的能力。
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图 1FlipIt 博弈过程示意
研究者对 $%&"模型进行了多种角度的扩展研究。在基本的 $%&"博弈中,
攻击者和防御者争夺单个资源。然而,在实践中系统通常由多个可以被瞄准的
资源组成。文献.
提出了 $% # 模型,它是 $%&"对多个资源的抽象模型。
为了形式化博弈者的目标和最佳策略,该研究引入了 种控制模型:在“与”模型
中,攻击者必须占领所有资源才能接管整个系统;在“或”模型中,攻击者只需占
领一个资源。该研究的分析和数值结果为多个资源的防御策略提供优化方法。
拟态防御系统中虽然存在多执行体,类似于多资源模型,然而,表决机制取消
了多执行体的独立性,且对拟态防御系统的“占领”行为也不等同于多执行体的同
时“占领”,因此 $% # 模型不适用于拟态防御系统的分析。/
关注攻击者
的隐蔽性需求,即攻击者通常不希望已经成功的攻击被发现,例如网络间谍、
僵尸网络等,攻击者不希望目标主机发现已被入侵或感染。基于该问题,研究
者利用 $%&"模型研究了不同类型的攻击者行为模式下攻防双方的最优反应,并
提出防御者的防御策略建议。该研究主要改进了 $%&"模型中的攻击者行为分析,
防御者的行为模式延用普通的单节点静态系统。文献 0
利用 $%&"模型讨论了
防御者能够探测当前资源占领状态的情形下,防御者的收益增益以及防御者的
最优探测策略。该研究侧重于对探测策略的分析,而本文研究侧重于无检测机
制介入下的策略分析。文献
改进了 $%&" 模型,提出 5(*%"
%+""2 )模型,探讨了移动目标防御系统的攻防
双方博弈策略和收益,但缺少对轮换前后系统异构性的考虑,忽略了异构性对
博弈双方收益可能造成的影响。
本文在 $%&"模型的基础上,针对拟态防御系统应对 攻击的场景,提
出改进的模型 $%&",主要改进内容包括:'具有更能反映真实攻防行为的博
弈双方行为分析;'多个不同防御策略的攻防博弈进程;'映射博弈到拟态防
御系统场景;'利用博弈的结果改进、优化防御者策略。
3 基于 FLIPIT 的拟态防御改进模型
6$%&" 博弈双方行为
基于 $%&"模型,本文针对拟态防御系统的攻防博弈场景提出改进模型
$%&",用于分析拟态防御系统在不同的异构性条件下对策略机制的要求。相较
于 $%&",$%&" 中博弈双方仍为攻击者和防御者,不同之处主要发生在博弈
行为和收益上。由于防御方具备的异构性和动态性, $%&" 的博弈进程中连续
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