基于EASI模型的研究院安防系統(tǒng)薄弱路徑分析與改進(jìn)

薛朝暉 錢(qián)文海 陳文靜

摘? 要：我國(guó)的軍工研究院一直面臨著各方敵對(duì)勢(shì)力帶來(lái)的威脅與安全風(fēng)險(xiǎn)，為應(yīng)對(duì)安全保密保衛(wèi)形勢(shì)，加強(qiáng)研究院安防系統(tǒng)的建設(shè)十分重要。為定量分析研究院安防系統(tǒng)在攔截入侵行為時(shí)的防護(hù)薄弱路徑，基于EASI模型的計(jì)算原理，建立了分析平臺(tái)，通過(guò)輸入安防系統(tǒng)各保護(hù)單元的探測(cè)、延遲、響應(yīng)數(shù)據(jù)，即可得出所有路徑的截住概率PI，同時(shí)分析最薄弱路徑的關(guān)鍵影響因素對(duì)路徑PI結(jié)果的敏感性，針對(duì)性地提出改進(jìn)措施，增加安防系統(tǒng)的防護(hù)能力。

關(guān)鍵詞：安防系統(tǒng);EASI模型;入侵?jǐn)r截;敏感性分析

中圖分類號(hào)：TN915.08? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：2096-4706（2022）01-0116-05

Abstract： China’s military industry research institutes have been facing threats and security risks brought by various hostile forces. In order to cope with the situation of security， confidentiality and defence， it is very important to strengthen the construction of the research institutes security system. In order to quantitatively analyze the weak protection path of the research institute security system when it intercepts intrusions， an analysis platform is established based on the calculation principle of EASI model. By inputting the detection， delay and response data of each protection unit of the security system， the intercept probability PI of all paths can be obtained. At the same time， the sensitivity of the key influencing factors of the weakest path to the path PI results is analyzed， and targeted improvement measures are proposed to increase the protection capability of the security system.

Keywords： security system; EASI model; intercept intrusion; sensitivity analysis

0? 引? 言

作為國(guó)家的軍工研究院，其核心資產(chǎn)以及科研生產(chǎn)對(duì)我國(guó)軍工行業(yè)有著極大的價(jià)值，而一旦遭受到敵手的入侵破壞，丟失或者泄露軍工機(jī)密，將會(huì)給我國(guó)的軍事力量以及社會(huì)安定帶來(lái)不可估量的惡劣影響。部分研究院老舊的安防系統(tǒng)因探測(cè)設(shè)備單一、缺乏應(yīng)急預(yù)案等因素，會(huì)導(dǎo)致在某些入侵路徑中較難做到提前探測(cè)到入侵行為以及缺乏及時(shí)響應(yīng)能力，在現(xiàn)場(chǎng)模擬中又無(wú)法做到重復(fù)破壞安防系統(tǒng)保護(hù)單元來(lái)確定系統(tǒng)薄弱路徑，這就需要采用可靠的定量分析方法，通過(guò)分析模型來(lái)評(píng)估安防系統(tǒng)中的薄弱路徑，并針對(duì)性的找出需要改進(jìn)的部分，以確保研究院的安全以及安防系統(tǒng)的穩(wěn)定[1]。

EASI（Estimate of Adversary Sequence Interruption）模型[2]由桑迪亞國(guó)家實(shí)驗(yàn)室開(kāi)發(fā)，用于計(jì)量核電站實(shí)物保護(hù)系統(tǒng)的防護(hù)能力。其是一種假定路徑或場(chǎng)景的分析模型，其使用探測(cè)、延遲、響應(yīng)以及通信概率來(lái)計(jì)算截住概率（Probability of Interruption，PI），并且可以定量地描述在特定路徑或場(chǎng)景中改變實(shí)物防護(hù)參數(shù)所產(chǎn)生的影響。作為路徑級(jí)的分析模型，EASI只能針對(duì)單一路徑分析保護(hù)系統(tǒng)能力，無(wú)法直接計(jì)算得出整個(gè)系統(tǒng)中防護(hù)能力最弱的路徑[3]。本文基于EASI模型的計(jì)算原理建立分析平臺(tái)，向平臺(tái)中輸入安防系統(tǒng)中各保護(hù)單元的數(shù)據(jù)，即可輸出整個(gè)系統(tǒng)的所有入侵路徑以及各路徑的截住概率值，可以直觀地指出系統(tǒng)的薄弱之處，便于針對(duì)薄弱環(huán)節(jié)改進(jìn)原有安防設(shè)施，高效益地提高安防系統(tǒng)防護(hù)能力。

1? EASI模型原理

作為安防系統(tǒng)，其主要功能是在發(fā)生敵手入侵時(shí)，探測(cè)敵手的入侵，阻礙敵手的入侵過(guò)程，延遲其達(dá)成目標(biāo)的時(shí)間，然后通過(guò)保衛(wèi)人員響應(yīng)，成功阻止敵手的入侵。EASI模型就是通過(guò)計(jì)算上述過(guò)程中安防系統(tǒng)在某條入侵路徑中成功攔截入侵的能力[4]。

1.1? EASI模型參數(shù)介紹

通信概率PC是在系統(tǒng)接收到報(bào)警信號(hào)后成功通知保衛(wèi)力量響應(yīng)的概率，其數(shù)值的大小與人員關(guān)于通信設(shè)備的受培訓(xùn)程度、設(shè)備維護(hù)以及現(xiàn)實(shí)中入侵給安保人員帶來(lái)的壓力等因素有關(guān)。桑迪亞國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的研究報(bào)告中評(píng)估認(rèn)為大多數(shù)保護(hù)系統(tǒng)的通信概率至少為95%，因在現(xiàn)實(shí)中難以完全復(fù)刻真實(shí)入侵行為以及無(wú)法反復(fù)、大量的破壞保護(hù)系統(tǒng)來(lái)測(cè)量該數(shù)據(jù)，本文則采用桑迪亞實(shí)驗(yàn)室的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評(píng)估分析。

延遲時(shí)間TD是指入侵者從開(kāi)始入侵直到完成目標(biāo)所需使用的時(shí)間，包括入侵者花費(fèi)在突破路徑元件以及通過(guò)路徑段所需要的時(shí)間。

響應(yīng)時(shí)間TR是保護(hù)系統(tǒng)接收?qǐng)?bào)警信號(hào)、復(fù)核報(bào)警信息，保衛(wèi)力量準(zhǔn)備、集結(jié)、部署，以及前往核心區(qū)進(jìn)行防御所需時(shí)間[5]。

1.2? 路徑截住概率計(jì)算方法

入侵行為的時(shí)間線如圖1所示，只有保護(hù)系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間TR不大于延遲時(shí)間TD時(shí)，保衛(wèi)力量才能在入侵行為完成前將其攔截。在某條入侵路徑中，滿足響應(yīng)時(shí)間剛好小于延遲時(shí)間的探測(cè)報(bào)警時(shí)間點(diǎn)被稱為關(guān)鍵探測(cè)點(diǎn)[6]（Critical Detection Point，CDP），當(dāng)敵手入侵行為在關(guān)鍵探測(cè)點(diǎn)之前被探測(cè)到，則可以提供充裕的警報(bào)復(fù)核時(shí)間以及響應(yīng)時(shí)間以攔截本次入侵。

在單個(gè)探測(cè)設(shè)備的路徑中，攔截概率的計(jì)算公式如下：

其中，P（C）為通信概率，P（D）為探測(cè)器的探測(cè)概率，P（A）為保衛(wèi)力量成功接收到報(bào)警信息的概率，P（R|A）為在入侵事件發(fā)生時(shí)警衛(wèi)能夠及時(shí)到達(dá)目標(biāo)區(qū)域的概率，即延遲時(shí)間TD大于響應(yīng)時(shí)間TR概率。

根據(jù)概率論中的中心極限定理，當(dāng)研究的隨機(jī)變量如果由多個(gè)獨(dú)立的而且均勻的隨機(jī)變量相加而成，那么它的分布將近似于正態(tài)分布。所以我們可以認(rèn)為T(mén)D與TR相對(duì)獨(dú)立且符合正態(tài)分布，則其差值x=TD-TR也服從正態(tài)分布[7]，記為x～N（μ，σ-2），其中平均值與方差分別為：

2? 研究院安防系統(tǒng)分析

北京某軍工研究院承擔(dān)著我國(guó)國(guó)防以及軍事科技工業(yè)發(fā)展的重任，對(duì)國(guó)家安全以及軍工領(lǐng)域有著重大影響，一旦研究院的核心廠房、危險(xiǎn)物品存放庫(kù)等關(guān)鍵設(shè)施遭受不法分子潛入破壞，不僅整個(gè)軍工科技產(chǎn)品的研制會(huì)受到嚴(yán)重?fù)p害，也會(huì)導(dǎo)致危險(xiǎn)物品擴(kuò)散，嚴(yán)重威脅著周?chē)癖姷纳踩?，?duì)整個(gè)社會(huì)以及國(guó)家?guī)?lái)的負(fù)面影響難以估量。因此，對(duì)該研究院的安防系統(tǒng)進(jìn)行防入侵分析，尋找安防系統(tǒng)的薄弱之處，對(duì)其存在的漏洞進(jìn)行相應(yīng)的補(bǔ)足與改進(jìn)顯得尤為重要，特別是增強(qiáng)關(guān)鍵設(shè)施的人防、物防、技防能力，以期更有效地提高整個(gè)系統(tǒng)的安防能力。研究院整體布局情況如圖2所示。

2.1? 保護(hù)單元數(shù)據(jù)獲取

通過(guò)對(duì)該研究院的實(shí)地調(diào)研、專家訪談、以及多次現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，考慮到無(wú)法對(duì)現(xiàn)有的安防系統(tǒng)進(jìn)行重復(fù)的破壞來(lái)獲取模型所需數(shù)據(jù)，所以參考桑迪亞實(shí)驗(yàn)室的研究報(bào)告[8]、模型附加技術(shù)報(bào)告以及相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)[9]來(lái)確定各延遲設(shè)施的延遲時(shí)間，并依照測(cè)試不足情況下取平均數(shù)據(jù)的30%為標(biāo)準(zhǔn)差原則[10]，得出該安防系統(tǒng)內(nèi)各保護(hù)單元參數(shù)數(shù)據(jù)，如表1所示。其中保衛(wèi)力量從接收?qǐng)?bào)警信號(hào)直到準(zhǔn)備完畢、抵達(dá)目標(biāo)核心區(qū)所用平均時(shí)間為183 s，標(biāo)準(zhǔn)差為55 s。

2.2? 平臺(tái)運(yùn)行結(jié)果

將研究院安防系統(tǒng)的各保護(hù)單元以及參數(shù)數(shù)據(jù)輸入平臺(tái)，如圖3所示，可以從總的16條入侵路徑中得到一條攔截概率最小的路線：研究所外圍墻——限制區(qū)鐵柵欄——研究區(qū)內(nèi)墻——核心區(qū)工作人員出入口——目標(biāo)室。該條路徑的截住概率為78.74%，其中關(guān)鍵探測(cè)點(diǎn)位于核心區(qū)工作人員出入口，如圖4所示。

2.3? 敏感性分析

根據(jù)EASI模型的計(jì)算公式，我們可以直觀地看出影響整條入侵路徑截住概率幾個(gè)關(guān)鍵因素為探測(cè)概率、延遲時(shí)間以及響應(yīng)時(shí)間，為了確定薄弱路徑的薄弱部分，實(shí)現(xiàn)以較少的資金、人力投入來(lái)更有效地增加薄弱路徑的截住概率，需要對(duì)影響因素進(jìn)行敏感性分析。

2.3.1? 探測(cè)概率

在安防系統(tǒng)的最薄弱路徑中，保持其他自變量不變，將各路徑單元的探測(cè)概率從0%到100%中平均取一組遞增的概率值進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，觀察路徑截住概率值的變化程度。如圖5所示，由各路徑單元的斜率可以看出，內(nèi)層探測(cè)概率對(duì)整條路徑攔截概率的影響微乎其微，外層特別是研究區(qū)內(nèi)墻探測(cè)概率的提升可以更高效率地增加截住概率。

2.3.2? 延遲時(shí)間

如圖6所示，由隨各路徑單元延遲時(shí)間增加而變化的截住概率折線可以看出，研究所外墻、限制區(qū)鐵柵欄、研究區(qū)內(nèi)墻的延遲時(shí)間改變對(duì)整個(gè)路徑的截住概率并無(wú)影響，說(shuō)明在單獨(dú)限制上述三個(gè)路徑單元延遲時(shí)間時(shí)，路徑其他單元以及路徑段的延遲時(shí)間之和依舊保持在大于保衛(wèi)力量響應(yīng)時(shí)間的區(qū)間，所以減少或者增加其延遲時(shí)間只是改變了保衛(wèi)力量的應(yīng)急時(shí)間，對(duì)最終攔截概率結(jié)果并無(wú)影響;當(dāng)核心區(qū)工作人員出入口的延遲時(shí)間從原有的50 s提升至79 s時(shí)、目標(biāo)室的延遲時(shí)間從原有的70 s提升至99 s時(shí)，也就是關(guān)鍵探測(cè)點(diǎn)之后延遲時(shí)間增加29 s，入侵路徑的截住概率會(huì)由78.74%提升至92.56%;當(dāng)目標(biāo)室的延遲時(shí)間從原有的70 s提升至184 s時(shí)，入侵路徑的截住概率會(huì)由78.74%提升至98.51%，但是成倍地增加保護(hù)單元的延遲時(shí)間很難輕易實(shí)現(xiàn)，所耗成本較高，對(duì)截住概率的提升效率低。

2.3.3? 響應(yīng)時(shí)間

如圖7所示，由隨保衛(wèi)力量響應(yīng)時(shí)間增加而變化的截住概率折線可以看出，入侵路徑截住概率會(huì)隨著響應(yīng)時(shí)間的增加而階段性地降低，當(dāng)響應(yīng)時(shí)間到達(dá)70 s時(shí)，截住概率從98.51%降至92.56%;響應(yīng)時(shí)間到達(dá)155 s時(shí)，截住概率降至78.74%;響應(yīng)時(shí)間到達(dá)255 s時(shí)，截住概率會(huì)驟降至52.75%，隨著響應(yīng)時(shí)間增加至428 s，截住概率逐漸下降至0。

2.4? 改進(jìn)建議

根據(jù)對(duì)該軍工研究所安防系統(tǒng)的薄弱路徑以及關(guān)鍵影響因素進(jìn)行分析，為了在有限成本條件下更高效率地提高薄弱路徑的截住概率，就結(jié)合人防、物防、技防，協(xié)調(diào)探測(cè)、延遲、響應(yīng)提出如下改進(jìn)建議：

（1）在研究區(qū)內(nèi)墻增加探測(cè)器的種類，多種探測(cè)器搭配結(jié)合使用以增加探測(cè)概率，最大程度地在關(guān)鍵探測(cè)點(diǎn)CDP前探測(cè)到入侵行為。

（2）增加核心區(qū)工作人員出入口守衛(wèi)數(shù)量，加固出入口大門(mén)以及目標(biāo)室門(mén)，至少保證提高29 s的延遲時(shí)間，以給保衛(wèi)力量提供更充分的時(shí)間進(jìn)行準(zhǔn)備與響應(yīng)。

（3）增加保衛(wèi)力量應(yīng)對(duì)突發(fā)事件的技能培訓(xùn)與演練頻率，減少裝備準(zhǔn)備與集結(jié)時(shí)間，提高響應(yīng)速度，以保證能盡快抵達(dá)核心區(qū)實(shí)施保護(hù)措施，避免對(duì)研究所造成不可挽回地?fù)p失。

（4）在研究區(qū)到核心區(qū)的路徑段中設(shè)置人員巡邏，重視人防在整個(gè)安防系統(tǒng)中發(fā)揮的作用，增加路徑段的探測(cè)概率，以防出現(xiàn)過(guò)度依賴技防的入侵報(bào)警系統(tǒng)因電力等其他突發(fā)因素導(dǎo)致的癱瘓狀態(tài)。當(dāng)研究區(qū)到核心區(qū)路徑段的人員巡邏探測(cè)概率為10%時(shí)，薄弱路徑的截住概率上升至80.87%。所以適度增加人員巡邏的頻率以及增加巡邏范圍，也可在一定程度上提高安防系統(tǒng)薄弱路徑的截住概率。

3? 結(jié)? 論

本文使用的EASI模型與軟件平臺(tái)是一種對(duì)安防系統(tǒng)防護(hù)能力定量的客觀分析評(píng)估方法，通過(guò)系統(tǒng)探測(cè)、延遲、響應(yīng)三方面的數(shù)據(jù)來(lái)定量的尋找研究院安防系統(tǒng)中最薄弱的路徑，同時(shí)分析了薄弱路徑中各項(xiàng)因素對(duì)最終結(jié)果的敏感性程度，以便于針對(duì)性地精準(zhǔn)提升薄弱路徑中的薄弱環(huán)節(jié)，對(duì)高效率改善提升整個(gè)安防系統(tǒng)防護(hù)能力具有一定的指導(dǎo)意義。但由于一部分參數(shù)數(shù)據(jù)是參考桑迪亞實(shí)驗(yàn)室的研究報(bào)告來(lái)設(shè)定的，并不能完全地反應(yīng)研究院實(shí)際的真實(shí)狀況，所以最終的結(jié)果也相對(duì)有些局限，需要研究院管理人員對(duì)安防設(shè)備及保護(hù)單元進(jìn)行長(zhǎng)期的關(guān)注監(jiān)測(cè)，以避免因安防設(shè)備的退化導(dǎo)致系統(tǒng)出現(xiàn)明顯漏洞。

參考文獻(xiàn)：

[1] 仇春華，柏志軍，何斯琪，等.用量化評(píng)估方法探析核設(shè)施實(shí)物保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)優(yōu)化 [J].核科學(xué)與工程，2021，41（3）：569-575.

[2] BEMETT H A.EASI Approach to Physical Security Evaluation [R/OL].（1977-01-01）.https： //www.osti.gov/biblio/7218055.

[3] 趙培祥，江俊，曾毅，等.實(shí)物保護(hù)系統(tǒng)的定量評(píng)估模型之研究現(xiàn)狀及發(fā)展 [J].核安全，2020，19（2）：56-63.

[4] GARCIA M L.Design and Evaluation of Physical Protection Systems [M]//Handbook of Loss Prevention and Crime Prevention（Fifth Edition）.Amsterdam：Elsevier，2012：151-157.

[5] 鄒博文.虛擬環(huán)境下核電站實(shí)物保護(hù)系統(tǒng)有效性分析技術(shù)研究 [D].哈爾濱：哈爾濱工程大學(xué)，2018.

[6] 杜治國(guó)，趙興濤，李錦濤.安全防范系統(tǒng)效能評(píng)估仿真模型研究 [J].中國(guó)人民公安大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2012，18（1）：63-67.

[7] 孫亞華，李式巨，李彬.核電站實(shí)物保護(hù)系統(tǒng)的量化評(píng)估 [J].核動(dòng)力工程，2009，30（1）：20-25.

[8] WADOUD A A，ADAIL A S，SALEH A A.Physical Protection Evaluation Process for Nuclear Facility Via Sabotage Scenarios [J].AEJ-Alexandria Engineering Journal，2018，57（2）：831-839.

[9] 住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.安全防范工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)：GB 50348-2018 [S].北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2018.

[10] 王清清，王昌偉，方文韜，等.基于EASI模型的安全防范系統(tǒng)脆弱性分析 [J].安全與環(huán)境工程，2020，27（6）：126-132+186.

作者簡(jiǎn)介：薛朝暉（1997.11—），男，漢族，安徽宿州人，碩士研究生在讀，研究方向：安全防范工程;通訊作者：陳文靜（1977.06—），女，漢族，河北張家口人，副教授，碩士研究生，研究方向：安全防范與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估技術(shù)。