基于移動(dòng)終端的電力施工質(zhì)量驗(yàn)評(píng)數(shù)據(jù)自動(dòng)采集分析

（廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司 佛山供電局，佛山 528000）

0 引言

移動(dòng)應(yīng)用平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)安全主要是指系統(tǒng)的移動(dòng)應(yīng)用平臺(tái)軟件、硬件及其系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)，會(huì)因?yàn)榕既换蛘邜阂獾脑蛟獾狡茐?，?dǎo)致整個(gè)平臺(tái)癱瘓，無(wú)法正常運(yùn)行[1,2]。移動(dòng)應(yīng)用平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)安全態(tài)勢(shì)評(píng)估是一種對(duì)平臺(tái)的網(wǎng)絡(luò)安全狀態(tài)進(jìn)行評(píng)估的方法，可以讓用戶對(duì)當(dāng)前移動(dòng)應(yīng)用平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)所面臨的威脅、存在的漏洞等進(jìn)行預(yù)測(cè)，及時(shí)修復(fù)平臺(tái)的安全隱患，保證平臺(tái)連接網(wǎng)絡(luò)的安全性[3]。在移動(dòng)平臺(tái)安全領(lǐng)域，所進(jìn)行的數(shù)以萬(wàn)計(jì)的滲透測(cè)試的目的是“識(shí)別被測(cè)平臺(tái)連接網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)漏洞”，避免這些漏洞帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)[4]。

制定有效的安全防護(hù)措施是保護(hù)移動(dòng)應(yīng)用平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)安全的前提。移動(dòng)應(yīng)用平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)風(fēng)險(xiǎn)分析應(yīng)該在平臺(tái)應(yīng)用程序或數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)階段進(jìn)行，這樣可以從設(shè)計(jì)開(kāi)始就明確安全需求、確認(rèn)潛在的隱患[4]。

目前，已有部分專家給出了較好的研究。例如文獻(xiàn)[5]提出基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的移動(dòng)應(yīng)用平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)安全態(tài)勢(shì)評(píng)估方法。該方法分析移動(dòng)應(yīng)用平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)安全態(tài)勢(shì)各項(xiàng)指標(biāo)獲取神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)，采用浮點(diǎn)數(shù)編碼方式計(jì)算各指標(biāo)權(quán)值，優(yōu)化各項(xiàng)指標(biāo)利用cs算法，將指標(biāo)權(quán)值輸入到神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中，獲取平臺(tái)連接網(wǎng)絡(luò)的安全態(tài)勢(shì)值，完成評(píng)估。該方法評(píng)估準(zhǔn)確性較低。文獻(xiàn)[6]提出基于多步攻擊的移動(dòng)應(yīng)用平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)安全態(tài)勢(shì)評(píng)估方法。識(shí)別平臺(tái)連接網(wǎng)絡(luò)中的攻擊者，識(shí)別攻擊軌跡，構(gòu)建態(tài)勢(shì)量化評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)，評(píng)估結(jié)果根據(jù)攻擊指數(shù)獲取，但該方法評(píng)估時(shí)間較長(zhǎng)。

為了解決無(wú)法精準(zhǔn)、快速對(duì)移動(dòng)應(yīng)用平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)安全狀態(tài)進(jìn)行評(píng)估的問(wèn)題，提出面向移動(dòng)平臺(tái)的網(wǎng)絡(luò)安全態(tài)勢(shì)評(píng)估方法。

1 面向移動(dòng)應(yīng)用平臺(tái)的網(wǎng)絡(luò)安全態(tài)勢(shì)評(píng)估方法

1.1 移動(dòng)應(yīng)用平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)權(quán)重指標(biāo)的確定

實(shí)際應(yīng)用于移動(dòng)應(yīng)用平臺(tái)的網(wǎng)絡(luò)防御系統(tǒng)內(nèi)含有海量的主機(jī)節(jié)點(diǎn)以及檢測(cè)設(shè)備，不同的檢測(cè)設(shè)備檢測(cè)不同的方面。它們之間存在很多的關(guān)聯(lián)性，以下具體給出：

1）威脅值。指平臺(tái)后臺(tái)主機(jī)受到不同的傷害后造成的破壞程度。用T(r)表示。

2）脆弱性。指平臺(tái)后臺(tái)主機(jī)節(jié)點(diǎn)內(nèi)存在漏洞的脆弱性，主要指漏洞對(duì)節(jié)點(diǎn)態(tài)勢(shì)的影響，用V(t)表示。

在移動(dòng)應(yīng)用平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)受到病毒攻擊時(shí)，網(wǎng)絡(luò)防御系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生大量的告警信息，但是部分告警信息重復(fù)多余的。為了保證平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)安全態(tài)勢(shì)評(píng)估的準(zhǔn)確性[7,8]，對(duì)大量的告警信息進(jìn)行融合，刪除重復(fù)以及無(wú)用的警告。

如果設(shè)定用一個(gè)多元素組表示網(wǎng)絡(luò)防御系統(tǒng)給出的告警事件，則：

在上式中，id是告警事件的唯一標(biāo)識(shí)號(hào)，detecTime代表移動(dòng)應(yīng)用平臺(tái)受到攻擊時(shí)，平臺(tái)防御系統(tǒng)產(chǎn)生告警信息的時(shí)間，attackType代表共計(jì)的類型，srcIP代表源地址，desIP代表源目的地址，desPort代表源端口，srcPort代表目的端口，priotity代表平臺(tái)受到攻擊的等級(jí)[9]，vn1n代表攻擊漏洞的數(shù)量。在特定的時(shí)間Δt內(nèi)，合并所有相同的告警信息，刪除重復(fù)的報(bào)警信息。以下給出平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)受到攻擊時(shí)，對(duì)其進(jìn)行量化評(píng)估的表達(dá)式：

上式中，ci(t)代表t時(shí)刻平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)受到的攻擊次數(shù)，di(t)代表t時(shí)刻網(wǎng)絡(luò)受到的威脅程度，Ti(t)代表t時(shí)刻網(wǎng)絡(luò)的威脅值。

從DDos的特性出發(fā)，將獲取的數(shù)據(jù)包為初始數(shù)據(jù)，則DDos的網(wǎng)絡(luò)攻擊評(píng)估表達(dá)式為：

上式中，pi(t)代表攻擊范圍，設(shè)定目標(biāo)平臺(tái)連接網(wǎng)絡(luò)被攻擊的總端口數(shù)為654123，以下給出攻擊范圍的表達(dá)式：

在式(3)中，ai(t)代表網(wǎng)絡(luò)攻擊強(qiáng)度，以下給出網(wǎng)絡(luò)攻擊強(qiáng)度的表達(dá)式：

假設(shè)Δt代表持續(xù)時(shí)間，主要是指平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)防御系統(tǒng)受到攻擊的時(shí)間。

根據(jù)平臺(tái)連接網(wǎng)絡(luò)安全態(tài)勢(shì)評(píng)估原則選擇評(píng)估指標(biāo)體系[10]：

根據(jù)平臺(tái)防御系統(tǒng)主機(jī)節(jié)點(diǎn)的服務(wù)情況建立判斷矩陣為：

上式中，rij代表檢測(cè)質(zhì)量，n代表目標(biāo)應(yīng)用平臺(tái)受到攻擊總數(shù)，m代表攻擊類型。

利用下式計(jì)算第j個(gè)平臺(tái)后端服務(wù)的熵值為Hj：

上式中，fij代表評(píng)估指標(biāo)[11,12]。如果fij=0，則fij1n沒(méi)有意義。針對(duì)這種情況，修正fij的計(jì)算，設(shè)定為：

利用下式給出第j個(gè)平臺(tái)后端服務(wù)的差異系數(shù)為：

利用下式給出平臺(tái)連接網(wǎng)絡(luò)各個(gè)節(jié)點(diǎn)的客觀權(quán)重w1i：

根據(jù)先驗(yàn)知識(shí)對(duì)平臺(tái)后端服務(wù)重要性進(jìn)行設(shè)定，獲取節(jié)點(diǎn)的重要性，主機(jī)節(jié)點(diǎn)的服務(wù)越多，則表示該節(jié)點(diǎn)的權(quán)重越大，以下給出主觀計(jì)算權(quán)重表達(dá)式：

上式中，w2i代表第i個(gè)節(jié)點(diǎn)的主觀權(quán)重，vij代表第i個(gè)節(jié)點(diǎn)第j個(gè)平臺(tái)后端服務(wù)的重要程度。

在上述基礎(chǔ)上，求取最優(yōu)權(quán)重組合：

通過(guò)灰色關(guān)聯(lián)分析計(jì)算評(píng)估指標(biāo)權(quán)重：

1.2 平臺(tái)連接網(wǎng)絡(luò)安全態(tài)勢(shì)評(píng)估模型的構(gòu)建

將移動(dòng)應(yīng)用平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)安全態(tài)勢(shì)引入到防御系統(tǒng)中，主要是為了構(gòu)建一套完整的移動(dòng)應(yīng)用平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)安全態(tài)勢(shì)體系，以達(dá)到可以快速、全面了解整個(gè)移動(dòng)應(yīng)用平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)安全運(yùn)行的目的。根據(jù)網(wǎng)絡(luò)安全態(tài)勢(shì)評(píng)估原則，考慮到移動(dòng)應(yīng)用平臺(tái)復(fù)雜、多變特性，選取最合適的網(wǎng)絡(luò)安全態(tài)勢(shì)相關(guān)評(píng)估指標(biāo)[13]，分別為惡意攻擊威脅等級(jí)、惡意攻擊次數(shù)、惡意攻擊頻率、評(píng)估指標(biāo)體系。

假設(shè)，在一定時(shí)間段內(nèi)，平臺(tái)連接網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)受到攻擊概率較高，表示移動(dòng)應(yīng)用平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)安全受到威脅的程度越大[14]，為了將網(wǎng)絡(luò)安全威脅降低到最小，需要對(duì)其進(jìn)行量化處理，利用下式給出量化結(jié)果表達(dá)式：

式中，f代表在一定的時(shí)間內(nèi)移動(dòng)應(yīng)用平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)發(fā)生惡意攻擊的次數(shù)。

當(dāng)平臺(tái)連接網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)受到惡意攻擊系數(shù)越多時(shí)，則平臺(tái)連接網(wǎng)絡(luò)安全態(tài)勢(shì)受到威脅程度也就越大，利用公式(16)給出其量化結(jié)果：

以式(15)和式(16)為基礎(chǔ)，給出平臺(tái)連接網(wǎng)絡(luò)的安全等級(jí)的評(píng)判集：

假設(shè)，移動(dòng)應(yīng)用平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)安全評(píng)估各項(xiàng)指標(biāo)ui按照式(17)中給出的評(píng)判集V進(jìn)行評(píng)分，則態(tài)勢(shì)評(píng)估指標(biāo)的評(píng)價(jià)向量可表示為：

根據(jù)上式，可知移動(dòng)應(yīng)用平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)安全態(tài)勢(shì)有n個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)[15]，并有n個(gè)評(píng)價(jià)向量，利用式(19)給出其映射關(guān)系：

移動(dòng)應(yīng)用平臺(tái)的網(wǎng)絡(luò)安全態(tài)勢(shì)評(píng)估矩陣為：

面向移動(dòng)應(yīng)用平臺(tái)的網(wǎng)絡(luò)評(píng)估指標(biāo)數(shù)據(jù)為xi(k)，Xi代表評(píng)估指標(biāo)的行為序列，利用灰色關(guān)聯(lián)分析法獲取指標(biāo)權(quán)重向量。

假設(shè)，平臺(tái)連接網(wǎng)絡(luò)具有m個(gè)數(shù)據(jù)序列，由這些數(shù)據(jù)序列形成的矩陣可表示為：

式中，n代表評(píng)估指標(biāo)的數(shù)量。

以式(21)為基礎(chǔ)，利用下式給出平臺(tái)連接網(wǎng)絡(luò)的安全態(tài)勢(shì)參考數(shù)據(jù)序列：

利用式(22)對(duì)移動(dòng)應(yīng)用平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)安全態(tài)勢(shì)的指標(biāo)參考數(shù)據(jù)序列進(jìn)行無(wú)量綱化：

通過(guò)對(duì)各個(gè)指標(biāo)序列和參考序列進(jìn)行對(duì)比，利用公式(24)給出各個(gè)指標(biāo)之間的絕對(duì)差值為：

利用式(24)分別計(jì)算出平臺(tái)連接網(wǎng)絡(luò)安全態(tài)勢(shì)各個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)比較序列和參考序列各元素之間的關(guān)聯(lián)系數(shù)：

式中，ρ代表平臺(tái)連接網(wǎng)絡(luò)的安全態(tài)勢(shì)評(píng)估指標(biāo)分辨系數(shù)，當(dāng)ρ越小說(shuō)明評(píng)估區(qū)分能力就越強(qiáng)。

假設(shè)，各個(gè)平臺(tái)連接網(wǎng)絡(luò)安全態(tài)勢(shì)評(píng)價(jià)指標(biāo)比較序列是分別計(jì)算n個(gè)指標(biāo)與參數(shù)數(shù)據(jù)序列所對(duì)應(yīng)元素關(guān)聯(lián)系數(shù)的平均值，利用下式給出，平均關(guān)聯(lián)系數(shù)表達(dá)式：

根據(jù)灰色關(guān)聯(lián)分析法獲取的結(jié)果，對(duì)其進(jìn)行歸一化處理，得到平臺(tái)的網(wǎng)絡(luò)安全態(tài)勢(shì)評(píng)估模型為：

假定，平臺(tái)連接網(wǎng)絡(luò)的安全態(tài)勢(shì)評(píng)估指標(biāo)權(quán)重?cái)?shù)據(jù)集為(xi,yi)，則支持向量機(jī)（SVM）的超平面表示為：

利用下式給出約束條件：

利用粒子群算法對(duì)SVM參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，在D維空間內(nèi)，通過(guò)種群中個(gè)體自身搜索過(guò)程和其他個(gè)體的引導(dǎo)信息，找到最優(yōu)位置。粒子i的當(dāng)前搜索階段的位置與速度分別表示為Xi(t)、Vi(t)，利用下式給出位置和速度的更新式：

由上述過(guò)程，獲取的最優(yōu)參數(shù)為：

利用最優(yōu)參數(shù)Ai對(duì)平臺(tái)連接網(wǎng)絡(luò)安全態(tài)勢(shì)評(píng)估指標(biāo)權(quán)重訓(xùn)練樣本進(jìn)行訓(xùn)練，構(gòu)建面向移動(dòng)應(yīng)用平臺(tái)的網(wǎng)絡(luò)安全態(tài)勢(shì)評(píng)估模型：

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

為了驗(yàn)證所提面向移動(dòng)應(yīng)用平臺(tái)的網(wǎng)絡(luò)安全態(tài)勢(shì)評(píng)估方法的綜合有效性，需要進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)環(huán)境為：Intel Core i5-760四核CPU，NVIDIA GeForce GTX460顯卡，操作系統(tǒng)為Win764位系統(tǒng)。

構(gòu)造一個(gè)移動(dòng)應(yīng)用平臺(tái)，對(duì)平臺(tái)連接網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行不同類型的攻擊，每種攻擊行為持續(xù)500ms。采集不同行為產(chǎn)生的流量、CPU利用率、內(nèi)存消耗以及磁盤消耗的數(shù)據(jù)，并對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理。但是1至499ms的歷史數(shù)據(jù)不足500個(gè)，所以將缺少位置的數(shù)據(jù)設(shè)定為0。

利用圖1給出4個(gè)時(shí)段的總計(jì)時(shí)長(zhǎng)2000ms的移動(dòng)應(yīng)用平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)安全態(tài)勢(shì)圖。在圖1中，橫軸代表時(shí)間，縱軸代表平臺(tái)安全態(tài)勢(shì)值。為了簡(jiǎn)化描述，圖1中，1代表所提方法的平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)安全態(tài)勢(shì)值，2代表實(shí)際平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)安全態(tài)勢(shì)值。

圖1 平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)安全態(tài)勢(shì)值

根據(jù)圖1可知，平臺(tái)的網(wǎng)絡(luò)安全態(tài)勢(shì)越高，表示平臺(tái)連接網(wǎng)絡(luò)風(fēng)險(xiǎn)就越嚴(yán)重。在0～500ms和500～1000ms兩個(gè)時(shí)間段內(nèi)，兩個(gè)方法的平臺(tái)連接網(wǎng)絡(luò)的安全態(tài)勢(shì)值較低，幾乎接近0。在1000～1500ms時(shí)間段內(nèi)，兩個(gè)方法的值開(kāi)始增加，在0～0.2之間。在1500～2000ms時(shí)間段內(nèi)，兩個(gè)方法的值明顯增加，則表示此時(shí)的移動(dòng)應(yīng)用平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)不安全。綜上所述，所提方法所得到平臺(tái)的網(wǎng)絡(luò)安全態(tài)勢(shì)評(píng)估曲線與實(shí)際曲線一致，能夠準(zhǔn)確反映平臺(tái)安全態(tài)勢(shì)。

為了進(jìn)一步驗(yàn)證所提方法的有效性，分別將所提方法與基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的移動(dòng)應(yīng)用平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)安全態(tài)勢(shì)評(píng)估方法以及基于多步攻擊的移動(dòng)應(yīng)用平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)安全態(tài)勢(shì)評(píng)估方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)對(duì)比，對(duì)比3種不同方法的評(píng)估時(shí)間（s），對(duì)比結(jié)果如表1所示。

表1 不同方法評(píng)估所需時(shí)間對(duì)比實(shí)驗(yàn)

分析表1可知，3種方法都隨著數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)的不斷增加，評(píng)估所需時(shí)間也隨之增加，當(dāng)數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)為10個(gè)時(shí)，方法1評(píng)估所需的時(shí)間為8秒，方法2評(píng)估所需的時(shí)間為33秒、方法3評(píng)估所需時(shí)間為79秒，通過(guò)對(duì)比結(jié)果可知，方法1評(píng)估所需時(shí)間與方法2和方法3評(píng)估所需時(shí)間之間分別相差25秒和71秒。

當(dāng)數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)為15個(gè)時(shí)，方法1評(píng)估所需的時(shí)間為13秒，方法2評(píng)估所需的時(shí)間為48秒、方法3評(píng)估所需時(shí)間為99秒，對(duì)比可知，方法1評(píng)估所需時(shí)間與方法2和方法3評(píng)估所需時(shí)間之間分別相差35秒和86秒。

當(dāng)數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)為20個(gè)時(shí)，方法1評(píng)估所需的時(shí)間為21秒，方法2評(píng)估所需的時(shí)間為64秒、方法3評(píng)估所需時(shí)間為112秒，對(duì)比可知，方法1評(píng)估所需時(shí)間與方法2和方法3評(píng)估所需時(shí)間之間分別相差43秒和91秒。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，所提出方法評(píng)估所需時(shí)間最短，具有一定的應(yīng)用性能。

經(jīng)過(guò)上述實(shí)驗(yàn)證明可知，所提方法的平臺(tái)連接網(wǎng)絡(luò)安全態(tài)勢(shì)值與實(shí)際結(jié)果相一致，充分證明所提方法的準(zhǔn)確性，經(jīng)過(guò)不同方法的評(píng)估時(shí)間對(duì)比可知，所提方法所用的評(píng)估時(shí)間為最少，與傳統(tǒng)方法相比大幅度降低了評(píng)估時(shí)間，提高了評(píng)估效率。

3 結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)傳統(tǒng)方法存在的一系列問(wèn)題，提出新的移動(dòng)應(yīng)用平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)安全態(tài)勢(shì)評(píng)估方法。通過(guò)計(jì)算權(quán)重指標(biāo)，構(gòu)建平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)安全態(tài)勢(shì)評(píng)估模型。實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了所提方法進(jìn)行平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)安全態(tài)勢(shì)評(píng)估的綜合性能。

但是提出的評(píng)估方法仍然存在以下問(wèn)題，未來(lái)階段將會(huì)針對(duì)以下方面繼續(xù)研究：

1）占用內(nèi)存較大，導(dǎo)致平臺(tái)連接網(wǎng)絡(luò)癱瘓。

2）當(dāng)前研究的評(píng)估方案只針對(duì)移動(dòng)應(yīng)用平臺(tái)，未來(lái)將會(huì)擴(kuò)大研究范圍。