梁雅元，李偉寧，徐 暉，梁承東

（1.海南電網(wǎng)公司信息部，海南 ?？?70100；2.南方信息安全等級保護服務(wù)中心，廣東 廣州510000）

隨著計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展以及互聯(lián)網(wǎng)的廣泛應(yīng)用，網(wǎng)絡(luò)安全問題日益突出。由于網(wǎng)絡(luò)的開放性，其從出現(xiàn)就受到各方面形形色色的威脅和攻擊。所以，一個高效的安全防御系統(tǒng)的搭建就顯得非常重要。在電力領(lǐng)域中，由于其行業(yè)工作性質(zhì)的特殊性，對于加強我國電力信息系統(tǒng)安全性，全面規(guī)范電力信息系統(tǒng)的安全管理體系將變得十分必要。傳統(tǒng)的P2DR模型[1]以及P2DR2模型[2]已經(jīng)廣泛使用于電力信息系統(tǒng)中，本文將對P2DR2安全防御模型做出進一步改進，并引入一種信息熵對系統(tǒng)進行風(fēng)險評估，得到一種優(yōu)化的E-P2DR3F安全防御模型，并通過該模型對電力信息系統(tǒng)進行更深入的研究與分析，使電力信息系統(tǒng)的安全性達到最大化。

1 基于P2DR、P2DR2安全防御模型簡介

P2DR安全防御模型是一種基于閉環(huán)控制的動態(tài)網(wǎng)絡(luò)安全理論模型，為了構(gòu)造多層次、全方位以及立體的區(qū)域網(wǎng)絡(luò)安全環(huán)境，P2DR安全防御模型包含了策略（Policy）、防護（Protection）、檢測（Detection）以及響應(yīng)（Response）四個組成環(huán)節(jié)，后來隨著人們對業(yè)務(wù)連續(xù)性以及災(zāi)難恢復(fù)功能的日益關(guān)注，將恢復(fù)（Restore）加入了模型之中，提出了P2DR2安全防御模型，如圖1所示。

圖1 P2DR2安全防御模型

（1）策略（Policy）是整個動態(tài)網(wǎng)絡(luò)安全理論模型中的最重要部分，主要定義系統(tǒng)的監(jiān)控周期、確立系統(tǒng)恢復(fù)機制、制定網(wǎng)絡(luò)訪問控制策略以及明確系統(tǒng)的總體安全規(guī)劃和原則等，整個安全防御模型的其他部分都依賴于策略。（2）防護（Protection）是充分利用現(xiàn)有資源，如防火墻系統(tǒng)、入侵檢測系統(tǒng)、蜜罐系統(tǒng)[3]等，采用各種信息安全技術(shù)與方式來保證信息系統(tǒng)的完整性、可用性及安全性。（3）檢測（Detection）是系統(tǒng)實施響應(yīng)環(huán)節(jié)的重要依據(jù)，通過不斷檢測信息系統(tǒng)狀態(tài)查找信息系統(tǒng)中的各種風(fēng)險與威脅行為。如使用防火墻系統(tǒng)具有的入侵檢測技術(shù)[4]或安全審計、系統(tǒng)掃描工具，配合其他專項檢測軟件，建立訪問控制子系統(tǒng)ACS，從而實現(xiàn)信息系統(tǒng)的入侵檢測與日志記錄等功能，以有益于發(fā)現(xiàn)通過ACS的威脅系統(tǒng)的攻擊行為。（4）響應(yīng)（Response）主要是對于那些通過系統(tǒng)檢測之后的可疑性威脅行為作出正確與及時響應(yīng)。實時性是安全響應(yīng)要求之一，當(dāng)信息系統(tǒng)遭受外界入侵者的威脅與攻擊時，能夠第一時間采取響應(yīng)措施，例如監(jiān)控威脅攻擊行為、調(diào)整信息系統(tǒng)安全等級級別、杜絕內(nèi)外網(wǎng)絡(luò)鏈接等。（5）恢復(fù)（Restore）又稱為災(zāi)難備份（Recovery）機制，指的是當(dāng)信息系統(tǒng)受到攻擊或破壞，面臨系統(tǒng)癱瘓時，通過對系統(tǒng)文件、功能以及數(shù)據(jù)等重要信息進行恢復(fù)、備份，從而使信息系統(tǒng)恢復(fù)到正常運行狀態(tài)。

傳統(tǒng)的安全防御模型在現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)或信息系統(tǒng)安全結(jié)構(gòu)體系中應(yīng)用雖然比較廣泛，但已不能滿足行業(yè)要求，需要改進與擴展。以P2DR2安全防御模型為例，首先，安全策略部署之前應(yīng)該添加一個全面、規(guī)范的風(fēng)險評估機制；其次，該模型應(yīng)該完善安全審計機制，為系統(tǒng)安全人員提供一種查看安全事務(wù)記錄過程的功能；最后，面對海量的、分散的數(shù)據(jù)信息、行為或事件，該模型應(yīng)該結(jié)合數(shù)據(jù)信息融合思想，以利于數(shù)據(jù)信息的高效使用與整合。因此針對以上幾個方面，對傳統(tǒng)的安全防御模型進行了改進與優(yōu)化。

2 P2DR2防御優(yōu)化模型（P2DR3F模型）

傳統(tǒng)的P2DR2安全防御模型構(gòu)造的是一個動態(tài)的防御過程。模型的各個組成部分在安全策略的統(tǒng)一指導(dǎo)下構(gòu)建成為一個全面的、立體多維的動態(tài)安全循環(huán)。但是由于電力信息系統(tǒng)的特殊重要性，當(dāng)外界入侵或攻擊電力信息系統(tǒng)時，除了對其進行防護、檢測、響應(yīng)以及恢復(fù)之外，有必要對系統(tǒng)安全防御過程中產(chǎn)生的活動行為數(shù)據(jù)與日志信息進行審計，因此安全防御模型應(yīng)該增加一種報告（Report）模塊，使信息系統(tǒng)安全人員能夠通過查詢報告數(shù)據(jù)信息對系統(tǒng)安全性進行深入分析，提早發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)潛在安全因素，為系統(tǒng)安全防御模型其他組成環(huán)節(jié)提供輔助數(shù)據(jù)信息支持，如系統(tǒng)災(zāi)難恢復(fù)確定時間、系統(tǒng)成功修復(fù)標識信息等。除了需要額外的報告模塊之外，由于電力信息系統(tǒng)的信息交互量非常大，需在傳統(tǒng)安全防御模型的基礎(chǔ)之上結(jié)合數(shù)據(jù)融合的思想，增加一種融合（Fusion）環(huán)節(jié)。所以，加入報告、融合模塊不僅更加優(yōu)化系統(tǒng)功能，而且為制定統(tǒng)一的安全策略提供了相應(yīng)依據(jù)，為系統(tǒng)數(shù)據(jù)信息高效性利用提供支持。因此，在傳統(tǒng)的P2DR2安全防御模型的基礎(chǔ)之上提出了P2DR3F模型，該模型應(yīng)該包括以下重要部分：策略（Policy）、防護（Protection）、檢測（Detection）、響應(yīng)（Response）、恢復(fù)（Restore）、報告（Report）及融合（Fusion）。

3 E-P2DR3F安全防御模型

3.1 E-P2DR3F簡介

E-P2DR3F安全防御模型對P2DR3F模型進行優(yōu)化改進，它具有動態(tài)循環(huán)的生命周期過程。在安全策略統(tǒng)一指導(dǎo)之前，有必要對信息系統(tǒng)存在的各種潛在攻擊行為、事件或風(fēng)險因素做一次全面、規(guī)范的基于信息熵的風(fēng)險評估，這樣可以為整個系統(tǒng)安全策略的制定提供重要參考依據(jù)，如對于風(fēng)險評估結(jié)果值較高的子系統(tǒng)或安全領(lǐng)域，首先對其進行安全性標識，在安全策略中注重對該子系統(tǒng)或安全領(lǐng)域的安全配置，并且在其動態(tài)循環(huán)的防御模型下進行重點監(jiān)控；相反，則保持現(xiàn)有狀態(tài)的安全策略。在統(tǒng)一的安全策略指導(dǎo)下，對其進行防護、檢測、響應(yīng)、恢復(fù)、報告、融合。所以，引入基于信息熵的風(fēng)險評估機制有利于了解安全策略制定之前信息系統(tǒng)各部分的安全風(fēng)險等級，從而決定安全策略的制定與選取，使系統(tǒng)安全性達到最優(yōu)化。因此將這種安全防御模型稱為基于信息熵（Entropy）的P2DR3F模型，即EP2DR3F安全防御模型，該模型體系結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 E-P2DR3F安全防御模型

3.2 E-P2DR3F安全防御模型在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用

將E-P2DR3F安全防御模型具體地應(yīng)用到電力系統(tǒng)中，依據(jù)電力系統(tǒng)安全管理的嚴格要求，對該防御模型的各個模塊環(huán)節(jié)進行詳細描述。

（1）基于信息熵（Entropy）的風(fēng)險評估機制：首先應(yīng)該對電力信息系統(tǒng)中的安全風(fēng)險等級進行劃分，確定風(fēng)險評估評價集合，如{極高，較高，一般，較低，極低}；其次，在依據(jù)定性與定量相結(jié)合的原則之下，通過邀請信息安全風(fēng)險評估相關(guān)的專業(yè)人員進行等級考評，獲取風(fēng)險評估結(jié)果矩陣，通過相關(guān)安全技術(shù)取得風(fēng)險評估結(jié)果值。依據(jù)結(jié)果值來判定不同子系統(tǒng)或安全領(lǐng)域的風(fēng)險評估等級。表1為風(fēng)險評估觀察點體系。

從表1中可以看出，二級觀察點較多，可以依據(jù)其風(fēng)險等級制定出風(fēng)險評估結(jié)果矩陣。為了簡化研究過程，只對一級觀察點進行風(fēng)險評估，獲取的風(fēng)險評估結(jié)果矩陣如下：

依據(jù)不同觀察點求出風(fēng)險評估需要的信息熵Ei，如依據(jù)一級觀察點相關(guān)數(shù)據(jù)，通過信息熵計算公式求出輸入的熵值E=（E1，E2，E3，E4，E5）=（0.845，0.746，0.922，0.733，0.967）；然后依據(jù)這些信息熵值與相關(guān)計算公式，得到權(quán)值系數(shù)∮=（∮1，∮2，∮3，∮4，∮5）=（0.437 5，0.514 4，0.173 2，0.349 3，0.211 4）。最后通過層層數(shù)據(jù)計算，給出相關(guān)的風(fēng)險評估結(jié)果值，總體結(jié)果集為：∮×R=（0.156 2，0.332 7，0.535 7，0.168 3，0.096 7）。因此，結(jié)果值對應(yīng)于風(fēng)險評估評價集合{極高，較高，一般，較低，極低}，它們的結(jié)果值分別為（0.156 2，0.332 7，0.535 7，0.168 3，0.096 7），可以看出其中“一般”的風(fēng)險等級為0.535 7最高。因此該系統(tǒng)風(fēng)險評估的安全狀態(tài)為“一般”。

表1 基于Entropy風(fēng)險評估觀察點體系

（2）安全策略（Policy）：在電力系統(tǒng)中，安全策略是整個安全防御模型最為核心的部分。基于信息熵的風(fēng)險評估結(jié)果值為高可靠性的安全策略提供了信息支持，有利于安全策略制定的完善性。如為制定機房安全管理制度、系統(tǒng)軟件、硬件安全管理制度以及系統(tǒng)運維安全管理制度等方面提供了風(fēng)險安全等級依據(jù)，使得在統(tǒng)一安全策略指導(dǎo)下的各個關(guān)鍵環(huán)節(jié)都能安全動態(tài)地循環(huán)下去。

（3）安全防護（Protection）：在這一環(huán)節(jié)中可以使用多種信息安全技術(shù)進行安全性防護，如使用身份識別技術(shù)進行訪問安全驗證，使用數(shù)據(jù)加密技術(shù)為了保證系統(tǒng)相關(guān)重要數(shù)據(jù)信息的隱私性，另外也可利用防火墻技術(shù)對系統(tǒng)內(nèi)外網(wǎng)進行安全性隔離。除了采用相關(guān)信息安全技術(shù)對電力系統(tǒng)進行防護之外，也可以使用相關(guān)硬件工具進行安全性防護，如采用人臉識別、口令認證設(shè)備等對進出人員進行身份確認等。隨著計算機安全技術(shù)的蓬勃發(fā)展、日新月異，也出現(xiàn)了眾多無線安全技術(shù)，如防無線攔截、抗電磁干擾等技術(shù)。

（4）安全檢測（Detection）：入侵檢測技術(shù)是安全檢測部分最重要也是最為常用的方式和手段。此外，在電力系統(tǒng)中可以額外使用一些安全技術(shù)，如網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)探測技術(shù)、安全審計技術(shù)等，除了檢測系統(tǒng)的潛在風(fēng)險與威脅之外，也能時刻掌握整個系統(tǒng)運行時期的相關(guān)行為狀態(tài)信息。

（5）安全響應(yīng)（Response）：在電力系統(tǒng)中，該環(huán)節(jié)相當(dāng)重要。由于電力與警務(wù)單位對于事件安全響應(yīng)要求特別嚴格。所以，當(dāng)檢測到系統(tǒng)出現(xiàn)風(fēng)險與潛在威脅時，必須保證系統(tǒng)能正確地、實時地做出響應(yīng)，使系統(tǒng)遭受的損失降到最低。如今也出現(xiàn)了相關(guān)應(yīng)用于安全響應(yīng)方面的技術(shù)，如人工免疫[5]、應(yīng)急控制等技術(shù)等。

（6）安全恢復(fù)（Restore）：電力系統(tǒng)中相關(guān)文件與數(shù)據(jù)信息的重要性不言而喻。因此，當(dāng)系統(tǒng)受到外界攻擊與威脅時，除了采取相關(guān)主動處理措施之外，也需要及時地對關(guān)鍵數(shù)據(jù)信息與應(yīng)用進行隨時備份，這樣能夠及時使系統(tǒng)從故障狀態(tài)中恢復(fù)出來。

（7）安全報告（Report）：首先為系統(tǒng)確定需要報告記錄的相關(guān)格式與內(nèi)容，然后采取固定時間點或其他方式進行動態(tài)循環(huán)報告，如使用數(shù)據(jù)庫對一天或一周的安全事件信息進行日志記錄，內(nèi)容可以分為事件種類、時間階段、風(fēng)險級別、處理結(jié)果等。通過安全報告模塊，可以為系統(tǒng)相關(guān)安全人員提供可以隨時查閱的可靠數(shù)據(jù)信息，同時也為安全策略的制定提供了輔助支持。

（8）安全融合（Fusion）：海量性、分散性是電力系統(tǒng)中數(shù)據(jù)信息、行為與事件的重要特點。因此，如何對這些重要的，同時具有關(guān)聯(lián)性的數(shù)據(jù)進行融合，使其應(yīng)用參考價值達到最大化是一個急需解決的方面。在安全防御模型中引入了安全融合模塊，正好可以解決相關(guān)問題。在系統(tǒng)中采用高速搜索引擎機制、哈希索引管理方式等為數(shù)據(jù)信息提供實時定位功能等。實現(xiàn)了安全融合，可以使有價值的數(shù)據(jù)的利用率得到提高，清除那些已經(jīng)沒有參考價值的數(shù)據(jù)信息，也能降低系統(tǒng)存儲量，從而實現(xiàn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)信息高性能優(yōu)化配置。

上述使用E-P2DR3F安全防御模型部署于電力系統(tǒng)中，依據(jù)該模型對系統(tǒng)進行高效性、高安全性配置。除了采取安全防御模型管理方式之外，也可以采取一些常用的安全管理機制，如VPN/SSL[6]等。

本文提出的E-P2DR3F安全防御模型對P2DR2模型進行了相關(guān)改進，對系統(tǒng)安全性做了進一步地優(yōu)化配置，為迎合“金盾”計劃，全面加強電力系統(tǒng)的安全管理提供了巨大參考價值。

[1]黃勇.基于P2DR安全模型的銀行信息安全體系研究與設(shè)計[J].信息安全與通信保密，2008（6）：115-118.

[2]李小松.一個改進的基于P2DR2的立體網(wǎng)絡(luò)安全防御體系[M].濟南：山東大學(xué)，2011.

[3]朱琳.蜜罐技術(shù)在入侵檢測系統(tǒng)中的研究應(yīng)用[J].價值工程，2012，31（15）：164.

[4]康慧華.基于入侵檢測和蜜罐技術(shù)的校園網(wǎng)安全防護系統(tǒng)的研究[M].南京：東南大學(xué)，2009.

[5]李峰泉.基于人工免疫的網(wǎng)絡(luò)入侵檢測研究[M].西安：西北大學(xué)，2010.

[6]徐來.基于CDMA/VPN網(wǎng)絡(luò)的公安辦公系統(tǒng)的應(yīng)用[M].北京：北京郵電大學(xué)，2010.