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基于攻击图模型的网络安全评估技术的研究

作　者: 程叶霞
导　师: 薛质
学　校: 上海交通大学
专　业: 电子与通信工程
关键词: 攻击图安全评估模型检验马尔可夫链贝叶斯网络指数分布漏洞自动化建模
分类号: TP393.08
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

随着计算机网络的迅速发展和日益普及，网络对于国家、企业、个人的重要性越来越大，网络的规模也越来越大。伴随着的网络安全问题也成为影响国家和企业发展的战略要素之一。针对网络安全问题，进行网络安全评估是安全管理的关键步骤。为了增强网络的安全性，对网络进行安全评估，给出安全方案，提出了一种新型的基于攻击图模型的网络安全评估方法。对攻击图模型先进行网络攻击建模和相关组件定义，并提出了网络攻击模型自动化建模的方法，包括漏洞、拓扑、主机等信息的自动化获取方法。然后对攻击图的生成方法，研究了模型检验方法的原理和解决状态空间爆炸问题的二叉决策图（BDD），提出了用Büchi模型描述网络攻击事件，进行符号模型检验算法，从而自动化生成攻击图。并在生成攻击图的过程中，通过限制攻击步骤数来控制攻击图的规模。在攻击图的基础上，研究并提出了基于攻击图的多目标安全评估方法。结合多个数学概率论模型，从攻击图中提取多个目标的评估指标及其指标计算方法，从而进行多目标上的安全评估。具体包括基于连通性的攻击图网络关键节点评估、基于马尔可夫链的攻击图量化分析、基于攻击序列的安全评估、基于指数分布的攻击平均代价、基于贝叶斯网络的脆弱性程度，这五个目标上安全评估。同时设计了基于攻击图模型的网络安全评估原型系统，给出了系统设计流程图和系统总体功能模块设计，划分为信息采集和预处理模块、攻击图生成和可视化模块、攻击图多目标安全评估模块三大模块，并对各个模块从子模块和实现功能及设计等方面进行了详细设计。基于攻击图模型的网络安全评估模型，能够帮助网络安全管理员更有效地管理整个网络，提出安全增强建议。该模型具有很好的扩展性和实用性。

全文目录

摘要  3-5
ABSTRACT  5-10
第一章绪论  10-14
  1.1 课题的研究背景和意义  10-11
  1.2 国内外研究现状  11-12
  1.3 本文的主要研究内容和贡献  12-13
  1.4 论文的组织结构  13-14
第二章网络安全评估技术  14-24
  2.1 网络安全的相关研究  14-17
    2.1.1 网络安全的基本概念  14-15
    2.1.2 网络安全需求  15
    2.1.3 网络安全要素  15-17
  2.2 网络攻击技术分析  17-19
    2.2.1 网络攻击的步骤  17-18
    2.2.2 网络攻击的层次  18
    2.2.3 网络攻击的方法  18-19
  2.3 网络安全评估技术的相关研究  19-23
    2.3.1 网络安全评估的概念  19
    2.3.2 网络安全评估的指标  19-20
    2.3.3 网络安全评估技术的分类  20-21
    2.3.4 网络安全评估技术分析方法  21-23
  2.4 本章小结  23-24
第三章攻击图构建技术  24-44
  3.1 模型检验方法  24-35
    3.1.1 模型检验的步骤  24
    3.1.2 Kripke 结构  24-25
    3.1.3 计算树逻辑 CTL*  25-28
    3.1.4 CTL 模型检验  28-30
    3.1.5 有序二叉决策图 OBDD  30-32
    3.1.6 符号模型检验  32-35
  3.2 网络攻击建模  35-38
    3.2.1 网络主机信息模型  36
    3.2.2 网络拓扑信息模型  36
    3.2.3 漏洞信息模型  36-37
    3.2.4 攻击者模型  37-38
  3.3 网络建模的自动化  38-40
    3.3.1 主机信息的自动提取整合  38-39
    3.3.2 漏洞信息的自动提取整合  39
    3.3.3 拓扑信息的自动提取整合  39-40
  3.4 攻击图生成算法  40-42
    3.4.1 网络攻击的 Büchi 模型  40-41
    3.4.2 安全属性的 CTL 描述  41
    3.4.3 攻击图的自动生成算法  41-42
  3.5 攻击图生成实验  42-43
    3.5.1 攻击图模型的实验网络环境  42-43
    3.5.2 攻击图生成实验结果  43
  3.6 本章小结  43-44
第四章攻击图的多目标安全评估技术  44-62
  4.1 基于连通性的攻击图网络关键节点的安全评估技术  44-47
    4.1.1 网络关键节点的获取  44-45
    4.1.2 连通性关键节点的安全评估  45
    4.1.3 基于连通性的攻击图网络关键节点的安全评估实例  45-47
  4.2 基于马尔可夫链的攻击图量化分析技术  47-53
    4.2.1 马尔可夫链  47-49
    4.2.2 攻击图与马尔可夫链  49-51
    4.2.3 基于马尔可夫链的攻击图量化分析  51-53
  4.3 基于攻击序列的安全评估技术  53-55
    4.3.1 攻击序列成功概率分析  53-54
    4.3.2 网络系统损失风险分析  54
    4.3.3 安全评估与安全加固措施  54-55
  4.4 基于指数分布的攻击平均代价评估  55-57
    4.4.1 指数分布  55
    4.4.2 攻击图攻击代价与指数分布  55
    4.4.3 攻击者到达安全目标的平均代价 MCTSG  55-57
  4.5 基于贝叶斯网络的脆弱性程度的安全评估技术  57-59
    4.5.1 贝叶斯网络与攻击图  57
    4.5.2 基于贝叶斯网络的攻击图安全评估  57-59
  4.6 基于攻击图的网络安全评估的多目标优化算法  59-61
  4.7 本章小结  61-62
第五章基于攻击图模型的网络安全评估系统的设计  62-69
  5.1 原型系统总体功能模块设计  62
  5.2 信息采集和预处理模块  62-64
    5.2.1 信息采集模块  62
    5.2.2 信息预处理模块  62-64
  5.3 攻击图生成和可视化模块  64
    5.3.1 攻击图生成模块  64
    5.3.2 攻击图的可视化模块  64
  5.4 多目标安全评估模块  64-65
  5.5 原型系统设计流程图  65-66
  5.6 实验结果与分析  66-68
  5.7 本章小结  68-69
第六章结束语  69-71
  6.1 论文工作总结  69-70
  6.2 未来研究展望  70-71
参考文献  71-75
致谢  75-76
攻读硕士学位期间已发表或录用的论文  76-78

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