賽博對抗建模仿真研究

谷雨，楊慧杰（中國電子科技集團公司電子科學(xué)研究院，北京 100041）

賽博對抗建模仿真研究

谷雨，楊慧杰
（中國電子科技集團公司電子科學(xué)研究院，北京 100041）

0　引言

“賽博空間”又稱“賽博空間”、“賽博空間”。近年來，“震網(wǎng)”、“棱鏡門”及“心臟出血”等賽博空間中的重大事件層出不窮，充分體現(xiàn)了賽博對抗的現(xiàn)實性及巨大影響，引發(fā)了全球高度關(guān)注，對于賽博空間及賽博對抗的研究已迫在眉睫。

賽博空間及賽博對抗概念的產(chǎn)生，擴展了武器裝備體系對抗的內(nèi)涵，對抗形式已從傳統(tǒng)的單一物理域火力對抗轉(zhuǎn)變?yōu)樾畔⒂蛐畔?、認(rèn)知域認(rèn)知對抗、社會域泛在對抗相互滲透融合的新局面。傳統(tǒng)的武器裝備體系對抗仿真建模方法缺乏對信息域、認(rèn)知域和社會域內(nèi)虛擬實體及對抗行為的描述能力，迫切需要探索新的建模方法，開展賽博空間對抗仿真技術(shù)研究。

本文首先總結(jié)了賽博空間及賽博對抗的新特性，在此基礎(chǔ)上分析了傳統(tǒng)的武器裝備體系對抗建模與仿真方法在描述賽博對抗時的不足之處，進而提出了面向"實體-行為-效能"的賽博空間對抗建模仿真方法，并詳細(xì)介紹了虛擬實體、對抗行為、毀傷效果和對抗效能等建模仿真要素。

1　賽博空間及賽博對抗特性

有關(guān)賽博空間的概念和內(nèi)涵曾存在諸多爭議，但近年來逐漸形成了較為統(tǒng)一的認(rèn)識。在美國《JP1-02：國防部軍事與相關(guān)術(shù)語詞典》中給出的概念定義為：信息環(huán)境中的一個全球域，由相互依賴的信息技術(shù)基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)及其內(nèi)部數(shù)據(jù)構(gòu)成，這些網(wǎng)絡(luò)包括互聯(lián)網(wǎng)、電信網(wǎng)、計算機系統(tǒng)以及嵌入式處理器與控制器。

依據(jù)上述賽博空間的概念，可以分析出賽博空間和賽博對抗具備的基本內(nèi)涵及特性包括以下幾個方面：

首先，賽博空間是一個真實存在的作戰(zhàn)空間，其與傳統(tǒng)的陸、海、空、天等作戰(zhàn)空間屬于并列關(guān)系，在賽博空間中的賽博對抗可以完全獨立于現(xiàn)有的陸、海、空、天等作戰(zhàn)空間下的對抗。

其次，賽博空間是一個虛實結(jié)合的作戰(zhàn)空間，其依賴于現(xiàn)實世界中的基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)而產(chǎn)生，但其核心在于虛擬空間中的網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)，這使得賽博空間中的賽博對抗突破了時間、空間等多方面的限制。賽博對抗在無界和高速的環(huán)境中進行，處于一種泛在狀態(tài)，這都是有別于傳統(tǒng)軍事對抗的新形式。

最后，賽博空間是一個形式多樣的作戰(zhàn)空間，其對抗形式不再是傳統(tǒng)的基于火力打擊的對抗形式，而是信息域、認(rèn)知域和社會域中各種新對抗形式的集合，具有對抗手段和方式多樣化的顯著特點。賽博空間通過網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)將空間中的作戰(zhàn)單元緊密交聯(lián)在一起，通過對信息域、認(rèn)知域和社會域中某一環(huán)節(jié)的破壞，將有可能使整個領(lǐng)域或其他領(lǐng)域陷入癱瘓。

2　賽博對抗建模仿真需求分析

依據(jù)傳統(tǒng)戰(zhàn)爭模擬理論，通常將戰(zhàn)場空間描述為作戰(zhàn)實體和作戰(zhàn)環(huán)境的集合。對于作戰(zhàn)實體，著重討論實體的幾何造型、物理特性及能力方面的建模方法；而對作戰(zhàn)環(huán)境，著重討論自然環(huán)境和戰(zhàn)場環(huán)境方面的建模方法。傳統(tǒng)戰(zhàn)爭理論建模包括物理特性建模、作戰(zhàn)實體能力建模、行為與交互建模、戰(zhàn)斗與損耗建模等方面。

前述章節(jié)已經(jīng)詳細(xì)分析了賽博空間及賽博對抗行為的種種新特性，它明顯有別于傳統(tǒng)武器裝備體系對抗。相應(yīng)的，傳統(tǒng)的武器裝備體系對抗仿真也面臨著賽博對抗新特性帶來的挑戰(zhàn)，其不適應(yīng)性主要表現(xiàn)在三方面：

首先，現(xiàn)有建模方法難于描述賽博空間中的作戰(zhàn)單元特性。賽博空間中的作戰(zhàn)單元可存在于虛擬空間中，傳統(tǒng)的基于物理特性的描述方法已不適用，如經(jīng)典的物理實體的運動方程、外觀尺寸等描述已無必要。而虛擬實體在賽博空間中的存在形式、運動形式，現(xiàn)有建模方法又缺乏描述能力。

其次，現(xiàn)有建模方法難于描述賽博空間中的作戰(zhàn)單元對抗行為。賽博空間中的作戰(zhàn)單元對抗形式多樣，已不限于火力對抗，不限于物理空間，虛擬空間中的各種網(wǎng)絡(luò)攻擊手段都是賽博對抗的樣式。且賽博對抗的樣式是在不斷擴展的，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展還會不斷演化。對抗行為的多樣性和可變性都是現(xiàn)有建模方法無以應(yīng)對的。

最后，現(xiàn)有建模方法難于描述對抗效果。傳統(tǒng)戰(zhàn)爭模擬理論通過物理特性的變化來描述作戰(zhàn)的毀傷效果，這種方法也顯然不適用于賽博對抗。賽博對抗中廣泛存在的是作戰(zhàn)單元在網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)層面的損傷，這種對抗效果需要有新的手段進行描述。

3　面向"實體-行為-效能"的賽博對抗仿真建模方法

現(xiàn)有武器裝備體系對抗建模方法存在三方面的不足，是我們應(yīng)對賽博對抗仿真時所面臨的難點，也牽引我們尋求相應(yīng)的解決辦法。針對這三個方面，本文提出了一種涵蓋虛擬實體、對抗行為、對抗效能等要素的面向"實體-行為-效能"的賽博對抗仿真建模方法。

3.1虛擬實體

賽博空間是由各種電子設(shè)備、計算機系統(tǒng)、信息網(wǎng)絡(luò)以及相關(guān)的基礎(chǔ)設(shè)施組成并產(chǎn)生的虛實結(jié)合的空間，它除了包括基礎(chǔ)設(shè)施本身的物理特性之外，還包括虛擬空間中信息及信息系統(tǒng)衍生出的虛擬特性。其虛擬特性包括本身固有的屬性，如信息攜帶的信息量、信息內(nèi)容等屬性，需要對此類虛擬的特性進行量化的描述；其衍生虛擬特性包括完整性、可用性、私密性等。

賽博空間及對抗概念的出現(xiàn)，強調(diào)針對信息及信息系統(tǒng)的攻擊防護，因而在進行體系對抗仿真時需要考慮對信息和信息系統(tǒng)的特性進行抽象建模。

定義1賽博空間虛擬實體是指在電子設(shè)備、計算機系統(tǒng)、信息網(wǎng)絡(luò)以及相關(guān)基礎(chǔ)設(shè)施構(gòu)建出的虛擬空間中所存在的非物理形態(tài)的邏輯單元。

賽博空間虛擬實體主要包含兩大類，是具有語義的信息和具有功能的信息系統(tǒng)。在傳統(tǒng)武器裝備體系建模仿真的研究范疇內(nèi)，信息的作用是通過其傳遞的信息語義來體現(xiàn)的。它是作為武器裝備之間傳遞的各類消息的載體而出現(xiàn)的，通過接口關(guān)系的約束和信息格式的定義，武器裝備之間通過信息的交互并翻譯信息內(nèi)含的語義來維持交互關(guān)系。

在賽博空間對抗中，信息作為信息內(nèi)容的載體也成為了受攻擊的對象，其攜帶語義的數(shù)量、完整性等參數(shù)都成為衡量對抗效果的指標(biāo)。因而在賽博空間對抗仿真建模中，需要對信息及其內(nèi)含的語義進行抽象建模，來支撐對抗效果、毀傷效果的描述。

定義2信息語義是信息所含內(nèi)容的最小單元。信息所包含的信息語義的集合表示為IC=｛Ic1，Ic2，…，Icn｝，式中n——信息所包含的語義數(shù)量。

定義3信息整體特性指信息具有的完整性、可用性和私密性。

可用性（Availability）表征信息本身是否可被使用的狀態(tài)，可用信息語義的集合表示為A=｛Ici|i∈n｝完整性（Integrity）表征信息當(dāng)前包含的語義數(shù)量與本身包含的語義數(shù)量的比例度量，完整信息語義的集合表示為I=｛Icj|j∈n｝

私密性（Confidentiality）表征信息已被獲知的語義與信息本身包含的語義數(shù)量的比例度量，私密信息語義的集合表示為C=｛Ick|k∈n｝

虛擬實體整體特性的形式化表示語言為：Attr= ＜ma，mi，mc＞，式中ma=i/n——表示可用性度量；

mi=j/n——表示完整性度量；mc=k/n——表示私密性度量。

定義4信息虛擬實體是賽博空間中的一種虛擬實體，是一組信息語義的載體，具有完整性、可用性和私密性等整體特性。其形式化描述語言為Ei=＜IC，A，I，C，Attr＞

3.2對抗行為

傳統(tǒng)武器裝備的能力主要是指裝備實體在物理空間中的能力，如機動、打擊、探測等。而賽博空間中實體具有虛實結(jié)合的特性，其能力更多的通過其在虛擬空間中的特性展示出來的，基于信息和信息系統(tǒng)的攻防對抗行為能力是其典型表現(xiàn)。攻防對抗行為隨其依托的技術(shù)不同而呈現(xiàn)不同的形態(tài)，但攻防對抗行為樣式則相對有限。需要通過分析攻防對抗背后蘊藏的機理，對攻防對抗的本質(zhì)進行抽象描述，建立基于攻防對抗樣式的能力集合。

實體的活動反映了實體的行為，實體的行為決定了活動的結(jié)果，這個論述在賽博空間對抗中依然成立。賽博空間仿真建模的一個重要方面就是研究如何對賽博空間對抗行為進行抽象建模，分析對抗行為的機理、過程及影響。此外，賽博空間中基于信息和信息系統(tǒng)的攻防對抗行為也具有層次性，依據(jù)其對信息和信息系統(tǒng)的影響效能不同，需要對其層次結(jié)構(gòu)進行分析歸類。

在對賽博對抗行為進行抽象描述時，通?？紤]以下幾個方面的要素：

●行為類型Type：描述對抗行為的分類的指標(biāo)，使用ty表示；

●技術(shù)手段Tech：描述對抗行為所使用的技術(shù)類型，使用te表示；

●技術(shù)水平Level：描述對抗行為所使用的技術(shù)先進性的程度，使用l表示；

●持續(xù)時間Time：描述對抗行為從發(fā)起到結(jié)束所使用的總時長，使用ti表示；

●行為規(guī)模Scale：描述對抗行為發(fā)起者所使用的攻擊資源的數(shù)量，使用s表示。

基于上述表征賽博空間對抗行為特性及效能的基本要素，形成對賽博對抗行為的形式化描述：CyberBehavior=＜ty，te，l，ti，s＞，其中行為類型的定義域是行為類型的集合，即ty∈TypeSet=｛Access，F(xiàn)ootprinting，Scanning，Enumeration，Sniffing…｝，而技術(shù)手段的定義域也與行為類型類似，是一個枚舉值組成的技術(shù)手段集合，即ty∈TechSet，TechSet=｛Te1，Te2，…，Ten｝。

3.3對抗效能

戰(zhàn)斗與損耗建模的基礎(chǔ)是實體的特性與能力，目的是描述作戰(zhàn)過程整體的或階段的作戰(zhàn)效果。賽博空間中的戰(zhàn)斗與損耗建模重在虛擬的特點，更多的發(fā)生在虛擬空間內(nèi)，是信息系統(tǒng)能力的缺失、是信息基本屬性的損耗。需要從信息和信息系統(tǒng)虛擬特性變化的角度考慮如何對其戰(zhàn)斗和損耗進行抽象建模描述。

在賽博空間對抗中，對賽博空間實體的完整性、可用性及私密性的破壞都屬于對其的毀傷形式。對抗行為是否能產(chǎn)生毀傷效果的判定由對抗行為的模型參數(shù)來決定。結(jié)合對賽博空間對抗行為的建模方法，具體的影響參數(shù)即行為類型、技術(shù)手段、技術(shù)水平、持續(xù)時間和行為規(guī)模。

輸出：攻擊成功時輸出true，失敗時輸出false。

4　結(jié)語

本文主要針對賽博空間下的對抗仿真建模問題，提出了一套適用于賽博空間體系對抗研究的仿真建模方法。提出將虛擬信息作為一類實體模型進行專門建模仿真，同時更加突出對行為的特征建模和效能仿真；通過對虛擬信息的仿真將賽博空間新特點有機融入傳統(tǒng)武器裝備體系仿真，通過對虛擬信息實體的相關(guān)行為及其對抗效能仿真體現(xiàn)賽博空間對抗的 “控制”目的。解決了傳統(tǒng)仿真建模方法在描述賽博空間虛擬實體特性、賽博空間對抗行為及賽博空間對抗效能等方面存在的不足。

［1］張明智，胡曉峰.賽博空間作戰(zhàn)及其對戰(zhàn)爭仿真建模的影響［J］.軍事運籌與系統(tǒng)工程，2012，26（4）.

［2］趙智勇.網(wǎng)絡(luò)攻擊過程剖析［J］.計算機現(xiàn)代化，2012.8.

［3］周光霞，孫欣.賽博空間對抗［J］.指揮信息系統(tǒng)與技術(shù)，2012，3（2）.

［4］趙捷，趙寶獻(xiàn)，王世忠.關(guān)于賽博空間與賽博空間作戰(zhàn)問題的思考［J］.中國電子科學(xué)研究院學(xué)報，20116（3）.

Cyberspace Countermine；Behaviors Modeling；Effectiveness Evaluation

Research on Modeling and Simulation of Cyberspace Countermine

GU Yu，YANG Hui-jie
（China Academy of Electronics and Information Technology Beijing，Beijing 100041）

1007-1423（2016）18-0024-04

10.3969/j.issn.1007-1423.2016.18.005

谷雨（1984-），男，湖北武漢人，碩士，工程師，研究方向為仿真支撐技術(shù)

2016-06-20

2016-06-29

賽博空間是與陸?？仗觳⒘械淖鲬?zhàn)域，賽博空間中的對抗作為新興的對抗形式受到廣泛關(guān)注。闡述賽博對抗的新特性，分析現(xiàn)有仿真建模方法在描述賽博空間對抗過程和對抗效能等方面的不足。進而提出一種面向“實體-行為-效能”的賽博對抗體系仿真建模方法，該方法依托虛擬實體、對抗行為和對抗效能等要素，能夠較完備地描述賽博對抗的過程和效果，滿足體系仿真的需求。

賽博對抗；行為建模；效能評估

楊慧杰（1985-），男，陜西人，碩士，工程師，研究方向為仿真應(yīng)用技術(shù)

Cyberspace is a kind of combat domain as land，sea，air and space.Cyberspace countermine as a new form of confrontation received extensive attention.Describes the new characteristic of cyberspace countermine，analyzes the disadvantages of existing simulation modeling method in describing the cyberspace countermine course，effectiveness and other aspects.And then puts forward an oriented“Entity-Behavior-Performance”simulation modeling method，the method relying on virtual entity，counterwork behavior and effectiveness，supplies a more complete description of the course and effectiveness of the cyberspace countermine what can meet the needs of system of system simulation.