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

賽博對(duì)抗建模仿真研究

谷雨，楊慧杰
（中國(guó)電子科技集團(tuán)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(lái)，“震網(wǎng)”、“棱鏡門(mén)”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(duì)抗的現(xiàn)實(shí)性及巨大影響，引發(fā)了全球高度關(guān)注，對(duì)于賽博空間及賽博對(duì)抗的研究已迫在眉睫。

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

本文首先總結(jié)了賽博空間及賽博對(duì)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(duì)抗建模與仿真方法在描述賽博對(duì)抗時(shí)的不足之處，進(jìn)而提出了面向"實(shí)體-行為-效能"的賽博空間對(duì)抗建模仿真方法，并詳細(xì)介紹了虛擬實(shí)體、對(duì)抗行為、毀傷效果和對(duì)抗效能等建模仿真要素。

1　賽博空間及賽博對(duì)抗特性

有關(guān)賽博空間的概念和內(nèi)涵曾存在諸多爭(zhēng)議，但近年來(lái)逐漸形成了較為統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)。在美國(guó)《JP1-02：國(guó)防部軍事與相關(guān)術(shù)語(yǔ)詞典》中給出的概念定義為：信息環(huán)境中的一個(gè)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(jì)算機(jī)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(duì)抗具備的基本內(nèi)涵及特性包括以下幾個(gè)方面：

首先，賽博空間是一個(gè)真實(shí)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(duì)抗可以完全獨(dú)立于現(xiàn)有的陸、海、空、天等作戰(zhàn)空間下的對(duì)抗。

其次，賽博空間是一個(gè)虛實(shí)結(jié)合的作戰(zhàn)空間，其依賴于現(xiàn)實(shí)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(duì)抗突破了時(shí)間、空間等多方面的限制。賽博對(duì)抗在無(wú)界和高速的環(huán)境中進(jìn)行，處于一種泛在狀態(tài)，這都是有別于傳統(tǒng)軍事對(duì)抗的新形式。

最后，賽博空間是一個(gè)形式多樣的作戰(zhàn)空間，其對(duì)抗形式不再是傳統(tǒng)的基于火力打擊的對(duì)抗形式，而是信息域、認(rèn)知域和社會(huì)域中各種新對(duì)抗形式的集合，具有對(duì)抗手段和方式多樣化的顯著特點(diǎn)。賽博空間通過(guò)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(guò)對(duì)信息域、認(rèn)知域和社會(huì)域中某一環(huán)節(jié)的破壞，將有可能使整個(gè)領(lǐng)域或其他領(lǐng)域陷入癱瘓。

2　賽博對(duì)抗建模仿真需求分析

依據(jù)傳統(tǒng)戰(zhàn)爭(zhēng)模擬理論，通常將戰(zhàn)場(chǎng)空間描述為作戰(zhàn)實(shí)體和作戰(zhàn)環(huán)境的集合。對(duì)于作戰(zhàn)實(shí)體，著重討論實(shí)體的幾何造型、物理特性及能力方面的建模方法；而對(duì)作戰(zhàn)環(huán)境，著重討論自然環(huán)境和戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境方面的建模方法。傳統(tǒng)戰(zhàn)爭(zhēng)理論建模包括物理特性建模、作戰(zhàn)實(shí)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(duì)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(duì)抗。相應(yīng)的，傳統(tǒng)的武器裝備體系對(duì)抗仿真也面臨著賽博對(duì)抗新特性帶來(lái)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(shí)體的運(yùn)動(dòng)方程、外觀尺寸等描述已無(wú)必要。而虛擬實(shí)體在賽博空間中的存在形式、運(yùn)動(dòng)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(duì)抗行為。賽博空間中的作戰(zhàn)單元對(duì)抗形式多樣，已不限于火力對(duì)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(duì)抗的樣式。且賽博對(duì)抗的樣式是在不斷擴(kuò)展的，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展還會(huì)不斷演化。對(duì)抗行為的多樣性和可變性都是現(xiàn)有建模方法無(wú)以應(yīng)對(duì)的。

最后，現(xiàn)有建模方法難于描述對(duì)抗效果。傳統(tǒng)戰(zhàn)爭(zhēng)模擬理論通過(guò)物理特性的變化來(lái)描述作戰(zhàn)的毀傷效果，這種方法也顯然不適用于賽博對(duì)抗。賽博對(duì)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(duì)抗效果需要有新的手段進(jìn)行描述。

3　面向"實(shí)體-行為-效能"的賽博對(duì)抗仿真建模方法

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

3.1虛擬實(shí)體

賽博空間是由各種電子設(shè)備、計(jì)算機(jī)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(shí)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(duì)此類虛擬的特性進(jìn)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(duì)抗概念的出現(xiàn)，強(qiáng)調(diào)針對(duì)信息及信息系統(tǒng)的攻擊防護(hù)，因而在進(jìn)行體系對(duì)抗仿真時(shí)需要考慮對(duì)信息和信息系統(tǒng)的特性進(jìn)行抽象建模。

定義1賽博空間虛擬實(shí)體是指在電子設(shè)備、計(jì)算機(jī)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(shí)體主要包含兩大類，是具有語(yǔ)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(guò)其傳遞的信息語(yǔ)義來(lái)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(guò)接口關(guān)系的約束和信息格式的定義，武器裝備之間通過(guò)信息的交互并翻譯信息內(nèi)含的語(yǔ)義來(lái)維持交互關(guān)系。

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

定義2信息語(yǔ)義是信息所含內(nèi)容的最小單元。信息所包含的信息語(yǔ)義的集合表示為IC=｛Ic1，Ic2，…，Icn｝，式中n——信息所包含的語(yǔ)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(yǔ)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(yǔ)義數(shù)量與本身包含的語(yǔ)義數(shù)量的比例度量，完整信息語(yǔ)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(yǔ)義與信息本身包含的語(yǔ)義數(shù)量的比例度量，私密信息語(yǔ)義的集合表示為C=｛Ick|k∈n｝

虛擬實(shí)體整體特性的形式化表示語(yǔ)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(shí)體是賽博空間中的一種虛擬實(shí)體，是一組信息語(yǔ)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(yǔ)言為Ei=＜IC，A，I，C，Attr＞

3.2對(duì)抗行為

傳統(tǒng)武器裝備的能力主要是指裝備實(shí)體在物理空間中的能力，如機(jī)動(dòng)、打擊、探測(cè)等。而賽博空間中實(shí)體具有虛實(shí)結(jié)合的特性，其能力更多的通過(guò)其在虛擬空間中的特性展示出來(lái)的，基于信息和信息系統(tǒng)的攻防對(duì)抗行為能力是其典型表現(xiàn)。攻防對(duì)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(duì)抗行為樣式則相對(duì)有限。需要通過(guò)分析攻防對(duì)抗背后蘊(yùn)藏的機(jī)理，對(duì)攻防對(duì)抗的本質(zhì)進(jìn)行抽象描述，建立基于攻防對(duì)抗樣式的能力集合。

實(shí)體的活動(dòng)反映了實(shí)體的行為，實(shí)體的行為決定了活動(dòng)的結(jié)果，這個(gè)論述在賽博空間對(duì)抗中依然成立。賽博空間仿真建模的一個(gè)重要方面就是研究如何對(duì)賽博空間對(duì)抗行為進(jìn)行抽象建模，分析對(duì)抗行為的機(jī)理、過(guò)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(duì)抗行為也具有層次性，依據(jù)其對(duì)信息和信息系統(tǒng)的影響效能不同，需要對(duì)其層次結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析歸類。

在對(duì)賽博對(duì)抗行為進(jìn)行抽象描述時(shí)，通?？紤]以下幾個(gè)方面的要素：

●行為類型Type：描述對(duì)抗行為的分類的指標(biāo)，使用ty表示；

●技術(shù)手段Tech：描述對(duì)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(duì)抗行為所使用的技術(shù)先進(jìn)性的程度，使用l表示；

●持續(xù)時(shí)間Time：描述對(duì)抗行為從發(fā)起到結(jié)束所使用的總時(shí)長(zhǎng)，使用ti表示；

●行為規(guī)模Scale：描述對(duì)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(duì)抗行為特性及效能的基本要素，形成對(duì)賽博對(duì)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(gè)枚舉值組成的技術(shù)手段集合，即ty∈TechSet，TechSet=｛Te1，Te2，…，Ten｝。

3.3對(duì)抗效能

戰(zhàn)斗與損耗建模的基礎(chǔ)是實(shí)體的特性與能力，目的是描述作戰(zhàn)過(guò)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(diǎn)，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(duì)其戰(zhàn)斗和損耗進(jìn)行抽象建模描述。

在賽博空間對(duì)抗中，對(duì)賽博空間實(shí)體的完整性、可用性及私密性的破壞都屬于對(duì)其的毀傷形式。對(duì)抗行為是否能產(chǎn)生毀傷效果的判定由對(duì)抗行為的模型參數(shù)來(lái)決定。結(jié)合對(duì)賽博空間對(duì)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(shí)間和行為規(guī)模。

輸出：攻擊成功時(shí)輸出true，失敗時(shí)輸出false。

4　結(jié)語(yǔ)

本文主要針對(duì)賽博空間下的對(duì)抗仿真建模問(wèn)題，提出了一套適用于賽博空間體系對(duì)抗研究的仿真建模方法。提出將虛擬信息作為一類實(shí)體模型進(jìn)行專門(mén)建模仿真，同時(shí)更加突出對(duì)行為的特征建模和效能仿真；通過(guò)對(duì)虛擬信息的仿真將賽博空間新特點(diǎn)有機(jī)融入傳統(tǒng)武器裝備體系仿真，通過(guò)對(duì)虛擬信息實(shí)體的相關(guān)行為及其對(duì)抗效能仿真體現(xiàn)賽博空間對(duì)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(shí)體特性、賽博空間對(duì)抗行為及賽博空間對(duì)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(duì)戰(zhàn)爭(zhēng)仿真建模的影響［J］.軍事運(yùn)籌與系統(tǒng)工程，2012，26（4）.

［2］趙智勇.網(wǎng)絡(luò)攻擊過(guò)程剖析［J］.計(jì)算機(jī)現(xiàn)代化，2012.8.

［3］周光霞，孫欣.賽博空間對(duì)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(wèn)題的思考［J］.中國(guó)電子科學(xué)研究院學(xué)報(bào)，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?yàn)榉抡嬷渭夹g(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(duì)抗作為新興的對(duì)抗形式受到廣泛關(guān)注。闡述賽博對(duì)抗的新特性，分析現(xiàn)有仿真建模方法在描述賽博空間對(duì)抗過(guò)程和對(duì)抗效能等方面的不足。進(jìn)而提出一種面向“實(shí)體-行為-效能”的賽博對(duì)抗體系仿真建模方法，該方法依托虛擬實(shí)體、對(duì)抗行為和對(duì)抗效能等要素，能夠較完備地描述賽博對(duì)抗的過(guò)程和效果，滿足體系仿真的需求。

賽博對(duì)抗；行為建模；效能評(píng)估

楊慧杰（1985-），男，陜西人，碩士，工程師，研究方向?yàn)榉抡鎽?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.