一種網(wǎng)絡(luò)作戰(zhàn)能力評估變權(quán)賦權(quán)方法*

申普兵　趙占東　劉　琦

(西安通信學(xué)院　西安　710106)

一種網(wǎng)絡(luò)作戰(zhàn)能力評估變權(quán)賦權(quán)方法*

申普兵趙占東劉琦

(西安通信學(xué)院西安710106)

摘要在網(wǎng)絡(luò)作戰(zhàn)能力評估中，指標(biāo)權(quán)重的設(shè)計(jì)是一個(gè)技術(shù)關(guān)鍵和難點(diǎn)。論文提出了一種變權(quán)賦權(quán)的方法，解決了采用傳統(tǒng)指標(biāo)權(quán)重賦權(quán)方法對評估結(jié)果的不利影響。同時(shí)，針對網(wǎng)絡(luò)攻防能力的特點(diǎn)，對如何更加科學(xué)地使用變權(quán)賦權(quán)方法給出了具體賦權(quán)函數(shù)。

關(guān)鍵詞網(wǎng)絡(luò)作戰(zhàn); 指標(biāo)權(quán)重; 賦權(quán)方法

Class NumberE919

1引言

隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及信息技術(shù)在軍事上的應(yīng)用，網(wǎng)絡(luò)作戰(zhàn)已然成為信息作戰(zhàn)的重要樣式，各國在大力加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)作戰(zhàn)能力建設(shè)的同時(shí)，積極加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)作戰(zhàn)能力評估問題的研究，以爭得網(wǎng)絡(luò)作戰(zhàn)優(yōu)勢[1]。網(wǎng)絡(luò)作戰(zhàn)能力評估過程中，指標(biāo)權(quán)重的設(shè)計(jì)對評估有著舉足輕重的作用，指標(biāo)權(quán)重是指每項(xiàng)指標(biāo)對網(wǎng)絡(luò)作戰(zhàn)能力這個(gè)總目標(biāo)的貢獻(xiàn)程度，反映了指標(biāo)在評估中價(jià)值地位的系數(shù)，即指標(biāo)重要性的度量。在評估領(lǐng)域中流傳這樣一句話：“指標(biāo)設(shè)計(jì)難、指標(biāo)權(quán)重設(shè)計(jì)更難”，而指標(biāo)權(quán)重的合理性將直接影響評估結(jié)果的合理性[2]。本文將結(jié)合網(wǎng)絡(luò)作戰(zhàn)能力評估指標(biāo)特點(diǎn)，提出一種變權(quán)賦權(quán)的網(wǎng)絡(luò)作戰(zhàn)能力評估指標(biāo)權(quán)重的確定方法。

2不同賦權(quán)方法比較分析

當(dāng)前，在網(wǎng)絡(luò)作戰(zhàn)能力評估中，確定權(quán)重的方法有很多，按照其依賴的理論以及數(shù)據(jù)的不同主要可以分為以下三類：主觀賦權(quán)法、客觀賦權(quán)法和組合賦權(quán)法[3]。

主觀賦權(quán)法[4]是利用相關(guān)專家的知識與經(jīng)驗(yàn)對具體的評估問題進(jìn)行主觀判斷，根據(jù)指標(biāo)在指標(biāo)體系中的相對重要程度從而確定指標(biāo)權(quán)重，常用的方法有層次分析法、環(huán)比評分法、倍數(shù)環(huán)比賦權(quán)法、Delphi法等。主觀賦權(quán)法在確定指標(biāo)權(quán)重過程中體現(xiàn)了專家們根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定指標(biāo)權(quán)重的主觀偏向性，客觀性不強(qiáng)。在實(shí)際應(yīng)用中使用較多的是層次分析法，具有定量分析與定性分析相結(jié)合、簡化系統(tǒng)分析與計(jì)算、量化決策者的經(jīng)驗(yàn)判斷等特點(diǎn)。

客觀賦權(quán)法[5]是利用指標(biāo)原始數(shù)據(jù)之間的關(guān)系通過一定的數(shù)學(xué)方法來確定指標(biāo)權(quán)重的，或者是根據(jù)各指標(biāo)值的變化程度來確定指標(biāo)權(quán)重，不依賴于人的主觀判斷，最終評估結(jié)果具有較強(qiáng)的數(shù)學(xué)理論依據(jù)。常用的方法有標(biāo)準(zhǔn)離差法、主成分分析法、多目標(biāo)規(guī)劃法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法等[6]?？陀^賦權(quán)法具有不受人為因素影響的絕對客觀性，但是其計(jì)算方法較為復(fù)雜，而且不能體現(xiàn)評估者對不同指標(biāo)的重視程度，即不能完全正確體現(xiàn)出指標(biāo)體系內(nèi)指標(biāo)的相對重要性。

組合賦權(quán)法是將主、客觀賦權(quán)法相結(jié)合進(jìn)行賦權(quán)，使賦予的權(quán)重更加合理。常用的方法有組合最小二乘法、加法集成法、離差最大化賦權(quán)法和線性加權(quán)法等[7]。組合賦權(quán)法同時(shí)具有主客觀賦權(quán)法的優(yōu)點(diǎn)，即在削弱主觀因素影響的同時(shí)，也減輕了數(shù)據(jù)隨機(jī)誤差對賦權(quán)結(jié)果的影響。它從邏輯上將主觀賦權(quán)法與客觀賦權(quán)法有機(jī)的結(jié)合了起來，使所確定的權(quán)重能夠同時(shí)體現(xiàn)出主觀信息與客觀信息的特點(diǎn)。

三種方法比較如表1所示。

表1　三種常見賦權(quán)法比較

3變權(quán)賦權(quán)權(quán)重模型

比較主觀賦權(quán)法與客觀賦權(quán)法以及組合賦權(quán)法的過程及特點(diǎn)，可以發(fā)現(xiàn)在具體評估過程中，指標(biāo)權(quán)重確定之后是沒有變化的，不會根據(jù)各類指標(biāo)值的不同而產(chǎn)生變化，稱之為定權(quán)。在評估中，當(dāng)權(quán)重確定之后，對于被評估對象而言，無論指標(biāo)取值如何，都不會對權(quán)重產(chǎn)生影響。使用定權(quán)的缺點(diǎn)在于當(dāng)指標(biāo)值范圍變化時(shí)，評估者調(diào)整不了相應(yīng)指標(biāo)的權(quán)重，在實(shí)際評估過程中，可能會出現(xiàn)評估結(jié)果偏離實(shí)際的情況。

例如，在網(wǎng)絡(luò)作戰(zhàn)能力評估方案選擇中，提供三種方案選擇，成本、可操作性是方案選擇的兩個(gè)重要指標(biāo)，假設(shè)兩個(gè)指標(biāo)的重要程度相同，于是權(quán)重向量ω1=(0.5,0.5)。三組指標(biāo)數(shù)據(jù)分別為x1=(0.5,0.5)，x2=(0.1,0.9)，x3=(0.9,0.1)。利用加權(quán)和的數(shù)學(xué)方法，使用定權(quán)模型計(jì)算方案結(jié)果分別為

Ux1=0.5×0.5+0.5×0.5=0.5

Ux2=0.5×0.1+0.5×0.9=0.5

Ux3=0.5×0.9+0.5×0.1=0.5

從評估結(jié)果來看，三個(gè)方案結(jié)果值相同，但是實(shí)際情況中，方案2、方案3是不會被采納的，方案2的可操作性很強(qiáng)，但是成本太高，方案3恰恰相反，成本很低，但是可操作性基本為零。由此可以明顯看出定權(quán)所存在的不足與缺點(diǎn)。

在評估中，要彌補(bǔ)定權(quán)方法帶來不足，需引入變權(quán)的方法，即在實(shí)際評估過程中，利用指標(biāo)取值的不同進(jìn)行權(quán)重的改變，使得評估結(jié)果更加合理。當(dāng)指標(biāo)取值變小時(shí)，其權(quán)重同時(shí)變大，變權(quán)之后評估結(jié)果值將變低；或者當(dāng)指標(biāo)取值變大時(shí)，其權(quán)重適當(dāng)變大，變權(quán)之后評估結(jié)果值將變高。由此可以看出采用變權(quán)方法之后，會改良定權(quán)所可能引起的不良后果，提高評估的實(shí)用性，從而使評估更為合理。

變權(quán)賦權(quán)根據(jù)指標(biāo)的數(shù)值主要有：指標(biāo)過低型、指標(biāo)過高型。指標(biāo)過低型變權(quán)是指在評估過程中，當(dāng)指標(biāo)值過低而低于限定的門限時(shí)，隨著指標(biāo)值的減小同時(shí)迅速增大該指標(biāo)的權(quán)重，使得總體評估值變低，以達(dá)到符合現(xiàn)實(shí)規(guī)律的目的。指標(biāo)過高型變權(quán)是指在評估過程中，當(dāng)指標(biāo)值過高而高于限定的門限時(shí)，隨著指標(biāo)值的增大同時(shí)增大該指標(biāo)的權(quán)重，使得總體評估值變高，以達(dá)到符合現(xiàn)實(shí)規(guī)律的目的。其數(shù)學(xué)模型如下：

其函數(shù)圖如圖1所示，其中Ai,Bi為指標(biāo)值的最低門限和最高門限，其中Ai

圖1　變權(quán)函數(shù)圖

4變權(quán)賦權(quán)在網(wǎng)絡(luò)作戰(zhàn)攻防能力評估的應(yīng)用

網(wǎng)絡(luò)作戰(zhàn)能力評估屬于多指標(biāo)綜合評估，其基本的數(shù)學(xué)表達(dá)式如下[8]：

s=ω1·s1+ω2·s2+…+ωn·sn

ω1+ω2+…+ωn=1,0≤ωi≤1,i=1,2,…，n

(1)

其中，si,ωi分別是網(wǎng)絡(luò)作戰(zhàn)能力第i個(gè)指標(biāo)的評分和權(quán)重，s是網(wǎng)絡(luò)作戰(zhàn)能力的評估總分。

4.1網(wǎng)絡(luò)防御能力變權(quán)模型

采用文獻(xiàn)[9]的指標(biāo)，網(wǎng)絡(luò)防御能力評估指標(biāo)主要由防護(hù)能力、告警能力、檢測能力、響應(yīng)能力構(gòu)成。四種能力時(shí)序上順序發(fā)生，依次發(fā)生作用，如圖2所示。防護(hù)能力是網(wǎng)絡(luò)防御能力的第一道防線，抵御敵網(wǎng)絡(luò)偵察和攻擊，當(dāng)發(fā)現(xiàn)攻擊行為時(shí)，發(fā)出告警信息，并對網(wǎng)絡(luò)攻擊進(jìn)行檢測，根據(jù)檢測結(jié)果采取響應(yīng)行動。

圖2　網(wǎng)絡(luò)防御活動分解模型

從上面的分析中，可以看出網(wǎng)絡(luò)防御能力具有木桶短板效應(yīng)，網(wǎng)絡(luò)防御能力的大小往往由構(gòu)成其能力的最弱子能力決定——“短板致敗”。四個(gè)能力中任意一能力較弱時(shí)，網(wǎng)絡(luò)防御的整體能力將大打折扣，四個(gè)能力中某一個(gè)能力值較大時(shí)，其整體防御能力并不一定大。因此，評估過程中，當(dāng)防御能力中的子能力指標(biāo)值低于最低門限時(shí)，其權(quán)重要適當(dāng)變大，使評估結(jié)果值變低，按照指標(biāo)過低型變權(quán)賦權(quán)方法進(jìn)行權(quán)重確定。綜上，網(wǎng)絡(luò)防御能力的變權(quán)賦權(quán)函數(shù)為

(2)

函數(shù)圖形如圖3所示。

圖3　網(wǎng)絡(luò)防御能力的賦權(quán)變權(quán)函數(shù)

其中Li為指標(biāo)值的最低門限，Li∈(0,1)，ω(x)=Pi,(Li

4.2網(wǎng)絡(luò)攻擊能力變權(quán)模型

網(wǎng)絡(luò)攻擊是指通過武器裝備、技術(shù)手段等方法破壞敵網(wǎng)絡(luò)空間的行動，目的是“破網(wǎng)”[10]。網(wǎng)絡(luò)攻擊手段有很多，既可以通過截取、篡改、控制、破壞敵網(wǎng)絡(luò)信息，也可以通過電磁摧毀、火力打擊等手段破壞敵網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施硬件。以文獻(xiàn)[11]為例，網(wǎng)絡(luò)攻擊能力主要有病毒攻擊、程序攻擊、口令攻擊、拒絕服務(wù)攻擊、漏洞攻擊五種能力構(gòu)成，如圖4所示。

圖4　網(wǎng)絡(luò)攻擊能力構(gòu)成

與網(wǎng)絡(luò)防御能力的木桶短板效應(yīng)正好相反，網(wǎng)絡(luò)攻擊能力往往由構(gòu)成其能力的最強(qiáng)能力決定——“長板致勝”。網(wǎng)絡(luò)攻擊某一子能力突出時(shí)，網(wǎng)絡(luò)整體攻擊能力將大大加強(qiáng)，某一子能力比較薄弱時(shí)，其整體能力不一定小。因此，評估過程中，當(dāng)攻擊能力中的子能力指標(biāo)值極高時(shí)，其權(quán)重要適當(dāng)變大，使評估結(jié)果值變高，按照指標(biāo)過高型變權(quán)賦權(quán)方法進(jìn)行權(quán)重確定。綜上，網(wǎng)絡(luò)攻擊能力的變權(quán)賦權(quán)函數(shù)為

(3)

函數(shù)圖形如圖5所示。

圖5　網(wǎng)絡(luò)攻擊能力的賦權(quán)變權(quán)函數(shù)

其中Hi為指標(biāo)值的最高門限，Hi∈(0,1)，W(Xi)=Qi,(0

5結(jié)語

本文提出了一種變權(quán)賦權(quán)方法，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)作戰(zhàn)能力評估中，網(wǎng)絡(luò)攻擊能力“長板致勝”、網(wǎng)絡(luò)防御能力“短板致敗”的特點(diǎn)，分別給出了具體的變權(quán)復(fù)權(quán)函數(shù)。該方法可以很好地避免在評估過程中，指標(biāo)值過大或過小對評估結(jié)果的影響，彌補(bǔ)了單獨(dú)使用定權(quán)方法的不足。

參 考 文 獻(xiàn)

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An Adjustable Weight Method for Network Operation Capability Evaluation

SHEN PubingZHAO ZhandongLIU Qi

(Xi’an Communications Institute, Xi’an710106)

AbstractThe design of index weight is a key and difficult point in the evaluation of network operation capability. An adjustable weight method is proposed, which is used to solve the disadvantage of the traditional index weight method. At the same time, a more scientific method of weight function is proposed for using the adjustable weight method on the basis of considering the characteristics of network attack and defense ability.

Key Wordscomputer network operation, index weight, weighting method

*收稿日期:2015年12月8日,修回日期:2016年1月18日

基金項(xiàng)目:國家社科基金“我軍網(wǎng)絡(luò)作戰(zhàn)基礎(chǔ)問題研究”(編號：13GJ003-032)資助。

作者簡介:申普兵,男,教授,碩士生導(dǎo)師,研究方向：網(wǎng)絡(luò)安全。趙占東,男,碩士,研究方向：網(wǎng)絡(luò)作戰(zhàn) 效能評估。

中圖分類號E919

DOI:10.3969/j.issn.1672-9730.2016.06.025

劉琦,男,碩士,研究方向：兵種戰(zhàn)術(shù)學(xué)。