一種面向信息系統(tǒng)的業(yè)務(wù)波及影響分析方法

謝 麗 霞， 白 宇， 楊 宏 宇

( 中國(guó)民航大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院， 天津 300300 )

0 引 言

隨著社會(huì)科技經(jīng)濟(jì)發(fā)展，信息系統(tǒng)規(guī)模增大的同時(shí)其暴露的安全問(wèn)題也越來(lái)越多．系統(tǒng)各項(xiàng)業(yè)務(wù)環(huán)節(jié)有序交互構(gòu)成全系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程，在系統(tǒng)遭受網(wǎng)絡(luò)攻擊[1]或出現(xiàn)人員操作不當(dāng)?shù)葐?wèn)題時(shí)，易引發(fā)業(yè)務(wù)中斷波及反應(yīng)，從而造成全系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程運(yùn)行狀態(tài)異常[2]，對(duì)系統(tǒng)造成巨大影響．因此，研究信息系統(tǒng)業(yè)務(wù)中斷波及反應(yīng)對(duì)維護(hù)信息系統(tǒng)安全、保障業(yè)務(wù)連續(xù)性具有重要意義．

目前信息系統(tǒng)安全研究包括脆弱性分析[3-4]、安全路由機(jī)制[5]、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估[6-7]、安全態(tài)勢(shì)評(píng)估[8]等領(lǐng)域，面向業(yè)務(wù)層面[9-10]的研究仍在起步階段．將信息系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程抽象為業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，業(yè)務(wù)波及影響分析[11]則可轉(zhuǎn)化為業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)分析．在復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)[12]安全可靠性研究中無(wú)標(biāo)度網(wǎng)絡(luò)模型[13]被大量應(yīng)用，其特征與信息系統(tǒng)業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)相符．文獻(xiàn)[14]基于節(jié)點(diǎn)度差異提出了網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)熵計(jì)算方法，研究無(wú)標(biāo)度網(wǎng)絡(luò)的均勻度．文獻(xiàn)[15]指出了網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)熵不能準(zhǔn)確度量各類網(wǎng)絡(luò)的均勻度，需考慮邊差異，提出了一種基于節(jié)點(diǎn)和邊差異性的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)熵計(jì)算方法．文獻(xiàn)[16]提出了一種加權(quán)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)熵計(jì)算方法．文獻(xiàn)[17]利用網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)熵計(jì)算方法，并結(jié)合網(wǎng)絡(luò)中信息傳輸效率對(duì)網(wǎng)絡(luò)可靠性進(jìn)行評(píng)估．

將信息系統(tǒng)中業(yè)務(wù)及其關(guān)聯(lián)關(guān)系抽象為業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌捎跇I(yè)務(wù)及提供業(yè)務(wù)間信息交互的資產(chǎn)具有差異性，對(duì)應(yīng)的業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲泄?jié)點(diǎn)和邊的權(quán)值必不同，且業(yè)務(wù)間關(guān)聯(lián)具有有向性．上述研究只針對(duì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中節(jié)點(diǎn)和邊差異以及節(jié)點(diǎn)權(quán)值差異判斷網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，未考慮業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲羞厵?quán)值差異及有向性，不能準(zhǔn)確反映具有帶權(quán)有向特征的業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)變化．

為此，本文首先基于業(yè)務(wù)流程生成業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌媚：貦?quán)法計(jì)算節(jié)點(diǎn)權(quán)值，基于業(yè)務(wù)公用資產(chǎn)占比計(jì)算邊權(quán)值．然后改進(jìn)基于點(diǎn)及邊差異性的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)熵提出帶權(quán)有向網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)熵計(jì)算方法，計(jì)算發(fā)生業(yè)務(wù)中斷至恢復(fù)運(yùn)行時(shí)段內(nèi)業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)熵動(dòng)態(tài)變化值．

1 業(yè)務(wù)波及影響分析方法

1.1 定義與說(shuō)明

本文研究作出如下定義：

(1)正常業(yè)務(wù)：按照業(yè)務(wù)流程執(zhí)行順序提供正常服務(wù)的業(yè)務(wù)．

(2)中斷業(yè)務(wù)：無(wú)法提供正常服務(wù)且會(huì)導(dǎo)致全系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程運(yùn)行異常的業(yè)務(wù)．

(3)資產(chǎn)：信息系統(tǒng)中為業(yè)務(wù)運(yùn)行提供支持，包括設(shè)備、人員、數(shù)據(jù)等．

(4)業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌阂孕畔⑾到y(tǒng)中業(yè)務(wù)為節(jié)點(diǎn)，業(yè)務(wù)間有向關(guān)聯(lián)關(guān)系為邊構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌?/p>

(5)業(yè)務(wù)波及影響：一項(xiàng)業(yè)務(wù)中斷引發(fā)其后續(xù)業(yè)務(wù)連續(xù)中斷，從而對(duì)全系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程造成影響．

面向信息系統(tǒng)的業(yè)務(wù)波及影響分析方法分為兩部分，各部分功能設(shè)計(jì)如下：

(1)業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)錁?gòu)建：首先根據(jù)全系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程中各業(yè)務(wù)執(zhí)行先后順序構(gòu)建業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌缓蠼I(yè)務(wù)脆弱性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系得到業(yè)務(wù)脆弱性量化值并計(jì)算節(jié)點(diǎn)權(quán)值，建立資產(chǎn)-業(yè)務(wù)關(guān)聯(lián)矩陣獲取業(yè)務(wù)公用資產(chǎn)量并計(jì)算邊權(quán)值．最后生成具有帶權(quán)有向性的業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌?/p>

(2)業(yè)務(wù)波及影響分析：首先改進(jìn)基于節(jié)點(diǎn)和邊差異性的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)熵，提出帶權(quán)有向網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)熵計(jì)算方法．然后根據(jù)業(yè)務(wù)流程運(yùn)行狀態(tài)并利用該方法得到業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)熵動(dòng)態(tài)變化值．最后基于業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)熵變化趨勢(shì)反映的業(yè)務(wù)流程運(yùn)行狀態(tài)變化情況，分析業(yè)務(wù)中斷波及反應(yīng)對(duì)全系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程產(chǎn)生的影響．方法流程圖如圖1所示．

1.2 業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)錁?gòu)建

本文以各項(xiàng)業(yè)務(wù)及其關(guān)聯(lián)關(guān)系為對(duì)象，構(gòu)建業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，將業(yè)務(wù)中斷問(wèn)題轉(zhuǎn)化為業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲袑?duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)移除問(wèn)題，以業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的變化反映業(yè)務(wù)流程狀態(tài)變化．業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)錁?gòu)建步驟設(shè)計(jì)如下：

步驟1以系統(tǒng)業(yè)務(wù)為業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲械墓?jié)點(diǎn)，設(shè)置業(yè)務(wù)編號(hào)及其所對(duì)應(yīng)的節(jié)點(diǎn)編號(hào)均為Bi．

步驟2根據(jù)全系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程中各業(yè)務(wù)的執(zhí)行順序，從每項(xiàng)業(yè)務(wù)對(duì)應(yīng)業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲械墓?jié)點(diǎn)出發(fā)，生成指向該業(yè)務(wù)后序業(yè)務(wù)對(duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)的有向邊，設(shè)置節(jié)點(diǎn)Bi指向Bj的邊編號(hào)為Eij．

步驟3對(duì)信息系統(tǒng)中全部業(yè)務(wù)執(zhí)行步驟1、2，得到以信息系統(tǒng)業(yè)務(wù)為節(jié)點(diǎn)，以業(yè)務(wù)間有序關(guān)聯(lián)為邊的業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌?/p>

由于各業(yè)務(wù)及業(yè)務(wù)間公用資產(chǎn)存在差異，相應(yīng)業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲泄?jié)點(diǎn)及邊的權(quán)值不同，業(yè)務(wù)中斷對(duì)全系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程運(yùn)行的影響不同，為提高業(yè)務(wù)波及影響分析準(zhǔn)確性，首先量化各業(yè)務(wù)脆弱性值，然后基于業(yè)務(wù)脆弱性得到節(jié)點(diǎn)重要性并計(jì)算節(jié)點(diǎn)權(quán)值，最后基于資產(chǎn)-業(yè)務(wù)關(guān)聯(lián)關(guān)系計(jì)算邊權(quán)值．各步驟計(jì)算方法設(shè)計(jì)如下：

步驟1業(yè)務(wù)脆弱性量化．評(píng)價(jià)指標(biāo)體系共分為3層(如圖2所示)，從上至下分別為評(píng)價(jià)對(duì)象層、影響因素層、評(píng)價(jià)要素層．其中，評(píng)價(jià)對(duì)象層為業(yè)務(wù)；影響業(yè)務(wù)脆弱性的主要因素包括業(yè)務(wù)提供的服務(wù)、業(yè)務(wù)處理的數(shù)據(jù)信息、支撐業(yè)務(wù)運(yùn)行的設(shè)備及人員，因此設(shè)置影響因素層為服務(wù)、數(shù)據(jù)、設(shè)備、人員；評(píng)價(jià)要素選擇信息安全基本三要素：機(jī)密性、完整性、可用性．下面利用熵權(quán)系數(shù)法量化業(yè)務(wù)脆弱性．

(1)設(shè)計(jì)元素個(gè)數(shù)為5的等級(jí)評(píng)價(jià)集R={R1，R2，R3，R4，R5}，R1～R5取值為對(duì)應(yīng)各等級(jí)權(quán)重，等級(jí)評(píng)價(jià)表如表1所示．

表1 等級(jí)評(píng)價(jià)表

(1)

(2)

(3)

(3)設(shè)置等級(jí)評(píng)價(jià)集中各指標(biāo)權(quán)重為R=(9/25 7/25 1/5 3/25 1/25)，由式(4)、(5)計(jì)算Bi業(yè)務(wù)脆弱性值Vi．

(4)

(5)

步驟2節(jié)點(diǎn)權(quán)值計(jì)算．脆弱性越高的業(yè)務(wù)越容易受到威脅，業(yè)務(wù)受到威脅導(dǎo)致業(yè)務(wù)中斷的概率增大．而業(yè)務(wù)流程中重要業(yè)務(wù)中斷必然導(dǎo)致較大損失，為降低損失需最大程度降低重要業(yè)務(wù)中斷概率．因此業(yè)務(wù)脆弱性越高，該業(yè)務(wù)對(duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)的權(quán)值越大．Bi節(jié)點(diǎn)重要性值Si由式(6)計(jì)算，節(jié)點(diǎn)權(quán)值wi由式(7)計(jì)算．

Si=1-Vi

(6)

(7)

步驟3邊權(quán)值計(jì)算．每項(xiàng)業(yè)務(wù)的正常運(yùn)行需多項(xiàng)資產(chǎn)支持，而一項(xiàng)資產(chǎn)也同時(shí)為多項(xiàng)業(yè)務(wù)的運(yùn)行提供服務(wù)，因此系統(tǒng)業(yè)務(wù)間會(huì)共同使用部分資產(chǎn)．公用資產(chǎn)數(shù)量越多，受到的威脅越多，發(fā)生業(yè)務(wù)中斷的概率越高．業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲羞厵?quán)值越高表示業(yè)務(wù)間公用資產(chǎn)越多，因此以關(guān)聯(lián)業(yè)務(wù)間公用資產(chǎn)數(shù)占所有關(guān)聯(lián)業(yè)務(wù)的公用資產(chǎn)總數(shù)的比例計(jì)算邊權(quán)值，計(jì)算過(guò)程如下：

(1)根據(jù)信息系統(tǒng)中各項(xiàng)資產(chǎn)與業(yè)務(wù)的關(guān)聯(lián)關(guān)系，構(gòu)建資產(chǎn)-業(yè)務(wù)關(guān)聯(lián)矩陣：

其中n為資產(chǎn)數(shù)量，m為業(yè)務(wù)數(shù)量，qij∈{0，1}(qij=1表示資產(chǎn)j支持業(yè)務(wù)Bi運(yùn)行，qij=0表示資產(chǎn)j不支持業(yè)務(wù)Bi運(yùn)行)．

(2)根據(jù)矩陣Q獲取關(guān)聯(lián)業(yè)務(wù)Bi和Bj公用資產(chǎn)數(shù)目Zij，由式(8)計(jì)算邊Eij的權(quán)值為

(8)

遍歷業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲兴泄?jié)點(diǎn)和邊，按照編號(hào)將節(jié)點(diǎn)、邊權(quán)值賦給其對(duì)應(yīng)業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞墓?jié)點(diǎn)、邊，即節(jié)點(diǎn)Bi的權(quán)值為wi，邊Eij的權(quán)值為wij．

1.3 業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)熵計(jì)算

網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)分布越均勻表示節(jié)點(diǎn)間差異越小，反之，節(jié)點(diǎn)差異性越大，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)分布非均勻度越高．結(jié)構(gòu)熵能反映無(wú)標(biāo)度網(wǎng)絡(luò)均勻度，結(jié)構(gòu)熵越大代表節(jié)點(diǎn)差異性越小[14]．一項(xiàng)業(yè)務(wù)中斷后，將此業(yè)務(wù)對(duì)應(yīng)于業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲械墓?jié)點(diǎn)及從該節(jié)點(diǎn)發(fā)出的所有邊移除，業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，節(jié)點(diǎn)間差異變大，業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)熵變?。虼耍ㄟ^(guò)對(duì)系統(tǒng)出現(xiàn)業(yè)務(wù)中斷至所有業(yè)務(wù)恢復(fù)運(yùn)行時(shí)段內(nèi)業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)熵的計(jì)算，可以判斷業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)變化，從而反映業(yè)務(wù)中斷波及反應(yīng)對(duì)全系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程波及影響．

對(duì)于度分布相同節(jié)點(diǎn)來(lái)說(shuō)，由于節(jié)點(diǎn)及關(guān)聯(lián)邊權(quán)值不同，且節(jié)點(diǎn)關(guān)聯(lián)邊存在有向性，導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)移除對(duì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)造成的影響不同，因此計(jì)算帶權(quán)有向網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)熵需考慮權(quán)值差異性及邊有向性．為此，本文改進(jìn)基于節(jié)點(diǎn)和邊差異性的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)熵提出帶權(quán)有向網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)熵計(jì)算方法，該方法針對(duì)帶權(quán)有向網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)更準(zhǔn)確地計(jì)算網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)熵．

利用帶權(quán)有向網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)熵計(jì)算方法得到業(yè)務(wù)中斷至恢復(fù)運(yùn)行時(shí)段內(nèi)，全系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)熵變化，計(jì)算步驟如下：

步驟1獲取不同時(shí)刻正常運(yùn)行及中斷業(yè)務(wù)情況，將業(yè)務(wù)中斷前一時(shí)刻設(shè)為0，業(yè)務(wù)流程恢復(fù)正常運(yùn)行為tn，獲取0～tn各時(shí)刻正常運(yùn)行業(yè)務(wù)和中斷業(yè)務(wù)情況．

步驟2采用1.2節(jié)方法，構(gòu)建信息系統(tǒng)的業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌?/p>

步驟3從0開(kāi)始，將中斷業(yè)務(wù)對(duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)及從該節(jié)點(diǎn)出發(fā)的邊從業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲幸瞥⒏戮W(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)出入度，權(quán)值保持不變，得到各時(shí)刻對(duì)應(yīng)的業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌?/p>

步驟4利用帶權(quán)有向網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)熵計(jì)算方法，得到0～tn各時(shí)刻業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)熵．

2 帶權(quán)有向網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)熵

基于業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)的帶權(quán)有向性，本文改進(jìn)基于點(diǎn)和邊差異性的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)熵中點(diǎn)差異性和邊差異性計(jì)算方法，設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)影響力指標(biāo)Ji表示節(jié)點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò)中的影響力大小，節(jié)點(diǎn)權(quán)值wi及從該節(jié)點(diǎn)出發(fā)的邊權(quán)值總和∑wij，由式(9)計(jì)算：

Ji=wi+∑wij

(9)

帶權(quán)有向網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)熵計(jì)算方法設(shè)計(jì)如下：

步驟1點(diǎn)差異性計(jì)算．業(yè)務(wù)發(fā)生中斷只會(huì)對(duì)其后序業(yè)務(wù)產(chǎn)生影響，將業(yè)務(wù)流程中業(yè)務(wù)中斷轉(zhuǎn)化為業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲袑?duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)的移除，則該節(jié)點(diǎn)移除只對(duì)其后序節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生影響．故計(jì)算時(shí)僅考慮節(jié)點(diǎn)出度計(jì)算點(diǎn)差異性為

(10)

步驟2邊差異性計(jì)算．業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲泄?jié)點(diǎn)僅受前序節(jié)點(diǎn)影響，假設(shè)入度為n的節(jié)點(diǎn)受前序節(jié)點(diǎn)影響可能為入度為1的節(jié)點(diǎn)的n倍，計(jì)算邊差異性為

(11)

步驟3節(jié)點(diǎn)重要性計(jì)算．節(jié)點(diǎn)重要性由點(diǎn)差異性Si和邊差異性Di共同決定，本文假設(shè)二者對(duì)節(jié)點(diǎn)重要性影響效果相同．節(jié)點(diǎn)重要性中間值I′i計(jì)算如下：

I′i=(Si+Di)/2

(12)

節(jié)點(diǎn)重要性由單個(gè)節(jié)點(diǎn)重要性中間值占全部節(jié)點(diǎn)重要性中間值的比例表示，則節(jié)點(diǎn)重要性Ii計(jì)算如下：

(13)

步驟4帶權(quán)有向網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)熵計(jì)算．根據(jù)香農(nóng)信息熵計(jì)算方法，t時(shí)刻帶權(quán)有向網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)熵H(t)由t時(shí)刻網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點(diǎn)信息熵求和計(jì)算，公式如下：

(14)

3 實(shí)驗(yàn)與結(jié)果分析

將本文提出的業(yè)務(wù)波及影響分析方法應(yīng)用于國(guó)內(nèi)某民用航空機(jī)場(chǎng)的離港信息系統(tǒng)，對(duì)2019年該系統(tǒng)一次業(yè)務(wù)中斷波及反應(yīng)事件進(jìn)行業(yè)務(wù)波及影響分析．該離港信息系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程如圖3所示．

3.1 構(gòu)建業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/h3>

步驟1識(shí)別該系統(tǒng)主要業(yè)務(wù)(表2)，根據(jù)1.2節(jié)所述步驟構(gòu)建業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?圖4)．

表2 離港信息系統(tǒng)主要業(yè)務(wù)

步驟2邀請(qǐng)30位民航領(lǐng)域?qū)＜壹霸撓到y(tǒng)業(yè)務(wù)人員對(duì)12項(xiàng)業(yè)務(wù)的脆弱性進(jìn)行投票，根據(jù)第2章所述業(yè)務(wù)脆弱性及節(jié)點(diǎn)權(quán)值計(jì)算方法得到業(yè)務(wù)脆弱性值及每項(xiàng)業(yè)務(wù)對(duì)應(yīng)業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲械墓?jié)點(diǎn)權(quán)值．根據(jù)該系統(tǒng)中資產(chǎn)與業(yè)務(wù)關(guān)聯(lián)關(guān)系，建立資產(chǎn)-業(yè)務(wù)關(guān)聯(lián)矩陣：

由矩陣Q得到每條有向邊權(quán)值，計(jì)算業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲懈鞴?jié)點(diǎn)出發(fā)邊權(quán)值總和，并由式(9)計(jì)算各節(jié)點(diǎn)影響力值．節(jié)點(diǎn)權(quán)值及影響力值如圖5所示．

由圖5可以發(fā)現(xiàn)，節(jié)點(diǎn)影響力值受節(jié)點(diǎn)出發(fā)邊權(quán)值影響，其大小排序與節(jié)點(diǎn)權(quán)值排序有些許出入，即業(yè)務(wù)中斷對(duì)業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湓斐傻挠绊懪c其關(guān)聯(lián)業(yè)務(wù)數(shù)量有較大關(guān)聯(lián)．如權(quán)值最大節(jié)點(diǎn)B2，因其出度低導(dǎo)致其節(jié)點(diǎn)影響力值排序大幅度降低，而權(quán)值較低節(jié)點(diǎn)B8因其出度最高則以其為起點(diǎn)的邊權(quán)值和最大，其節(jié)點(diǎn)影響力值排序?yàn)樽畲螅?/p>

步驟3將步驟2得到的權(quán)值賦給步驟1構(gòu)建的業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，生成帶?quán)有向業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，如圖6所示．

3.2 業(yè)務(wù)波及影響分析

該信息系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程運(yùn)行異常情況共持續(xù)40 min，業(yè)務(wù)中斷至恢復(fù)運(yùn)行時(shí)段內(nèi)，各時(shí)刻正常運(yùn)行業(yè)務(wù)及中斷業(yè)務(wù)如表3所示．

表3 離港信息系統(tǒng)業(yè)務(wù)運(yùn)行情況

分別用網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)熵[14]、基于點(diǎn)和邊差異性的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)熵[15]、本文提出的帶權(quán)有向網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)熵計(jì)算各時(shí)刻該離港信息系統(tǒng)的業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)熵，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖7所示．

由圖7可知，3種結(jié)構(gòu)熵計(jì)算方法得到的結(jié)果走勢(shì)大致相同，但本文方法得到的結(jié)果與該信息系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程運(yùn)行狀態(tài)的一致程度更高．具體分析如下：

(1)業(yè)務(wù)連續(xù)中斷期間：初始B7業(yè)務(wù)中斷，系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程出現(xiàn)異常運(yùn)行狀態(tài)，業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)熵開(kāi)始降低．B7的后序業(yè)務(wù)開(kāi)始連續(xù)中斷出現(xiàn)波及反應(yīng)，15 min時(shí)雖B7業(yè)務(wù)恢復(fù)，但因其前后序業(yè)務(wù)均未恢復(fù)，B7仍不能正常提供服務(wù)，結(jié)構(gòu)熵繼續(xù)下降，3種方法中僅本文方法計(jì)算結(jié)果呈下降趨勢(shì)．20 min時(shí)，中斷業(yè)務(wù)達(dá)最多，此時(shí)3種方法計(jì)算結(jié)果均下降至最小值，表示此時(shí)業(yè)務(wù)流程受到的影響最大．

(2)業(yè)務(wù)逐漸恢復(fù)期間：B6恢復(fù)正常狀態(tài)使結(jié)構(gòu)熵開(kāi)始增大．發(fā)生中斷30 min時(shí)，B8恢復(fù)的同時(shí)B4中斷，而B(niǎo)8節(jié)點(diǎn)影響力值比B4高，因此結(jié)構(gòu)熵增大，但網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)熵計(jì)算結(jié)果降低與實(shí)際不符．所有業(yè)務(wù)恢復(fù)正常運(yùn)行，此時(shí)業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)恢復(fù)正常，各方法計(jì)算結(jié)果與0 min相同．

由上述分析可知，本文方法計(jì)算的業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)熵能更準(zhǔn)確反映業(yè)務(wù)中斷波及反應(yīng)導(dǎo)致業(yè)務(wù)流程運(yùn)行狀態(tài)變化的原因?yàn)?/p>

(1)信息系統(tǒng)業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲械墓?jié)點(diǎn)和邊，除度差異外其權(quán)值也有差異性．本文方法基于信息系統(tǒng)業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)，首先針對(duì)業(yè)務(wù)本身差異性，量化業(yè)務(wù)脆弱性得到節(jié)點(diǎn)權(quán)值并基于業(yè)務(wù)和資產(chǎn)關(guān)聯(lián)計(jì)算得到邊權(quán)值．其次針對(duì)業(yè)務(wù)間關(guān)聯(lián)的有向性，提出帶權(quán)有向網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)熵計(jì)算方法．

(2)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)熵僅考慮節(jié)點(diǎn)度差異，基于點(diǎn)和邊差異性的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)熵即使在節(jié)點(diǎn)度差異基礎(chǔ)上考慮到邊度差異性，但仍未考慮節(jié)點(diǎn)和邊權(quán)值差異，且上述兩種方法均未考慮邊的有向性．因此本文方法得到的業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)熵走勢(shì)與業(yè)務(wù)流程運(yùn)行狀態(tài)一致程度更高．

4 結(jié) 語(yǔ)

本文提出了一種面向信息系統(tǒng)的業(yè)務(wù)波及影響分析方法．首先基于業(yè)務(wù)流程將業(yè)務(wù)間關(guān)聯(lián)抽象為業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)．其次通過(guò)業(yè)務(wù)脆弱性評(píng)價(jià)計(jì)算節(jié)點(diǎn)權(quán)值并利用業(yè)務(wù)公用資產(chǎn)占比計(jì)算邊權(quán)值，提出了一種帶權(quán)有向網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)熵計(jì)算方法，以業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)變化反映業(yè)務(wù)連續(xù)中斷對(duì)全系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程的影響．最后通過(guò)對(duì)比實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證本文方法能有效分析業(yè)務(wù)中斷波及反應(yīng)對(duì)全系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程的影響．