任務(wù)關(guān)鍵系統(tǒng)可生存性增強(qiáng)的應(yīng)急技術(shù)研究.pdf

1、安全的現(xiàn)狀已經(jīng)清楚地表明：傳統(tǒng)的安全理論與技術(shù)已經(jīng)沒有辦法為任務(wù)關(guān)鍵系統(tǒng)的安全提供根本和可靠的保障，如何在災(zāi)難發(fā)生時(shí)盡量保證現(xiàn)有關(guān)鍵任務(wù)的持續(xù)、及時(shí)完成，已成為亟待解決的問題。可生存性研究就是順應(yīng)這個(gè)需求而產(chǎn)生的新課題。可生存性作為下一代網(wǎng)絡(luò)安全的核心目標(biāo)，目前已經(jīng)成為國(guó)內(nèi)外信息安全領(lǐng)域競(jìng)相研究的新的熱點(diǎn)，它代表了網(wǎng)絡(luò)安全研究發(fā)展的新方向。從網(wǎng)絡(luò)安全的歷史、現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)來看，增強(qiáng)系統(tǒng)的可生存性，是目前應(yīng)付一切攻擊、入侵和破壞的最佳途徑

2、。 可生存性增強(qiáng)技術(shù)主要研究改善系統(tǒng)可生存能力的方法和技術(shù)，它是針對(duì)現(xiàn)有系統(tǒng)在入侵抵抗、識(shí)別和恢復(fù)的薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)行的增強(qiáng)設(shè)計(jì)和提出的對(duì)策建議。而面向生存性的應(yīng)急技術(shù)是對(duì)動(dòng)態(tài)的系統(tǒng)生存態(tài)勢(shì)所進(jìn)行的主動(dòng)、有預(yù)見性地響應(yīng)，是為了確保系統(tǒng)發(fā)生服務(wù)失效時(shí)，關(guān)鍵服務(wù)仍可繼續(xù)運(yùn)作，而預(yù)先制定和準(zhǔn)備執(zhí)行的一系列操作策略集。目前，面向生存性的應(yīng)急技術(shù)已經(jīng)成為提高系統(tǒng)可生存能力的一個(gè)重要研究分支，正處于“方興未艾”階段，現(xiàn)在這方面的研究文獻(xiàn)還少見諸報(bào)

3、，且僅局限在CMU、CERT/CC、EDI、DARPA、BBN等幾個(gè)研究機(jī)構(gòu)展開，許多問題還沒有解決，更缺乏深入的理論研究和可實(shí)施性，大部分實(shí)現(xiàn)仍然停留在模擬和仿真階段。而本文對(duì)此進(jìn)行了較為系統(tǒng)的研究，重點(diǎn)基于Monitor—Analysis—Response的三級(jí)漸進(jìn)控制模式來研究生存性增強(qiáng)的若干應(yīng)急關(guān)鍵技術(shù)。 首先，研究了任務(wù)關(guān)鍵系統(tǒng)可生存態(tài)勢(shì)的應(yīng)急感知模型。提出一種基于灰關(guān)聯(lián)分析的可生存態(tài)勢(shì)評(píng)估模型，該評(píng)估模型首先由規(guī)范化

4、的區(qū)間數(shù)性能指標(biāo)決策矩陣入手，應(yīng)用灰關(guān)聯(lián)分析評(píng)估出系統(tǒng)的可生存性概率，然后基于“熵差”得到整個(gè)系統(tǒng)當(dāng)前可生存態(tài)勢(shì)的綜合評(píng)估。而后，由評(píng)估模型得到的隨機(jī)采樣的非等時(shí)距可生存性評(píng)估數(shù)據(jù)序列入手，根據(jù)累加序列所呈現(xiàn)出“S”形或反“S”形的擺動(dòng)特征，利用灰色Verhulst模型或其反函數(shù)模型預(yù)測(cè)出系統(tǒng)未來的生存態(tài)勢(shì)值，然后基于多級(jí)殘差對(duì)模型的預(yù)測(cè)精度進(jìn)行修正，最后應(yīng)用修正后的新模型得到直觀的系統(tǒng)未來生存態(tài)勢(shì)曲線圖。 其次，研究了面向系統(tǒng)

5、可生存性增強(qiáng)的應(yīng)急分析方法。從應(yīng)急調(diào)度的角度來研究保證關(guān)鍵服務(wù)持續(xù)、可靠運(yùn)行的可生存性增強(qiáng)策略，提出了Criticality—Lifetime—DeadlineFirst的生存應(yīng)急調(diào)度算法。首先，基于參數(shù)靈敏度分析給出了調(diào)度參數(shù)的選取方法；然后，利用多重鏈表給出了算法的實(shí)現(xiàn)，包括服務(wù)的接受策略與服務(wù)完成/夭折策略的算法實(shí)現(xiàn)；最后，對(duì)應(yīng)急服務(wù)的“顛簸現(xiàn)象”，提出了設(shè)置搶占閾值的解決方案。仿真結(jié)果表明提出的方法為關(guān)鍵服務(wù)的可生存性提供了保證

6、，有效提高了整個(gè)系統(tǒng)的可生存能力。 再次，研究了面向系統(tǒng)可生存性增強(qiáng)的應(yīng)急響應(yīng)方法。以應(yīng)急響應(yīng)需求為背景，提出了一種基于自主配置的生存應(yīng)急響應(yīng)算法，解決了自主應(yīng)急過程中的應(yīng)急響應(yīng)時(shí)間點(diǎn)的選擇和應(yīng)急資源重配的問題。首先，基于中心極限定理和假設(shè)檢驗(yàn)理論，計(jì)算求得各關(guān)鍵服務(wù)在主、備服務(wù)器上的歷史平均服務(wù)響應(yīng)時(shí)間的置信區(qū)間；然后，根據(jù)主、備服務(wù)器上服務(wù)響應(yīng)時(shí)間置信區(qū)間的5種分布情況，提出的自主應(yīng)急響應(yīng)算法可以為應(yīng)急服務(wù)在不同的時(shí)間響應(yīng)區(qū)

7、選擇合適的應(yīng)急策略；最后，提出了一個(gè)可以同時(shí)滿足應(yīng)急響應(yīng)時(shí)間和受剝奪影響的非關(guān)鍵服務(wù)個(gè)數(shù)最少的應(yīng)急資源重配算法。整個(gè)應(yīng)急配置的過程對(duì)用戶透明，最大限度地保證了關(guān)鍵服務(wù)請(qǐng)求在用戶期望的截止時(shí)間內(nèi)完成。 最后，研究了可生存系統(tǒng)細(xì)粒度的應(yīng)急恢復(fù)方法。首先著重研究了利用隨機(jī)Petri網(wǎng)形式化地描述了系統(tǒng)及服務(wù)的幾種典型的失效模型，給出了可生存系統(tǒng)若干可度量的恢復(fù)性指標(biāo)參數(shù)的求解方法；然后，提出了基于系統(tǒng)級(jí)、服務(wù)級(jí)、進(jìn)程級(jí)和線程級(jí)的四級(jí)遞