李鵬飛，施一飛（通信作者）

（吉利學(xué)院 四川 成都 641423）

0 引言

計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)是以計(jì)算機(jī)為載體，實(shí)現(xiàn)不同計(jì)算機(jī)及其他終端設(shè)備之間信息通信的一種形式［1］，其中各計(jì)算機(jī)的位置不相同且功能獨(dú)立，主要形式均為數(shù)據(jù)通信，通信原理是通過電信號的轉(zhuǎn)換形成邏輯信號，然后經(jīng)直接或者間接的形式實(shí)現(xiàn)傳輸［2］。 計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)可按照代理分布特征劃分成局域網(wǎng)、城域網(wǎng)以及廣域網(wǎng)三個(gè)類型［3］，由于計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)的工作過程中存在海量個(gè)人隱私信息的運(yùn)轉(zhuǎn)，所以其安全性一直被廣泛關(guān)注。 區(qū)塊鏈作為典型的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)主要包括公有、私有兩種，其具備開放性、獨(dú)立性、安全性等特征，被廣泛應(yīng)用在各種領(lǐng)域，且均具有極佳的應(yīng)用效果［4］。 本文研究基于區(qū)塊鏈的計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)安全評價(jià)，利用區(qū)塊鏈可追溯、防篡改以及安全性等特征，結(jié)合主成分分析實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)安全評價(jià)。

1 計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)安全概述

在計(jì)算機(jī)信息技術(shù)飛速發(fā)展與普遍應(yīng)用的背景下，世界已經(jīng)邁入了全新的信息化時(shí)代，電子技術(shù)蓬勃發(fā)展、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)推陳出新、無線通信網(wǎng)絡(luò)高速運(yùn)轉(zhuǎn)，計(jì)算機(jī)信息技術(shù)的存在為各行各業(yè)創(chuàng)造了全新的發(fā)展機(jī)會。 在計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)不斷改善人們生活的同時(shí)，網(wǎng)絡(luò)安全問題也頗受關(guān)注。

計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)安全的含義是計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的軟、硬件以及內(nèi)部資源均被保護(hù)，不會受任何原因影響而發(fā)生更改、泄露以及丟失等情況。 計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)能夠在安全的環(huán)境下展開工作，確保運(yùn)行得可靠、連續(xù)。 究其本質(zhì)，計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)安全就是網(wǎng)絡(luò)上的通信安全，其內(nèi)涵為網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的完整性、真實(shí)性、機(jī)密性以及可用性，具體反映在運(yùn)行、數(shù)據(jù)以及內(nèi)容等安全方面。 計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)安全的涵蓋范圍較廣，除內(nèi)部信息儲存的安全之外還有信息傳輸過程、網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)以及通信鏈路等的安全。

保證計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)安全，需要有對應(yīng)的安全策略，以免網(wǎng)絡(luò)安全問題給社會和人們造成負(fù)面的影響，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)：遗c社會的安定團(tuán)結(jié)。 不管是廣域網(wǎng)還是局域網(wǎng)均存在各種自然或人為因素的潛在威脅。 綜上，計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)安全措施需要能夠全面應(yīng)對各種威脅，從而實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)完整性及保密性。 為此，需要對計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)安全進(jìn)行評價(jià)，提出對應(yīng)的安全防護(hù)策略，高效實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)。

2 計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)安全評價(jià)

2.1 基于區(qū)塊鏈的計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)安全評價(jià)模型

若計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)在信息傳輸過程中遭受攻擊，會導(dǎo)致其內(nèi)部信息的安全性降低，極易發(fā)生丟失和損壞，從而無法保證信息的真實(shí)性等［5］，因此，需要對計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)安全進(jìn)行定量分析，構(gòu)建基于區(qū)塊鏈的計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)安全評價(jià)模型，其整體架構(gòu)見表1。

該安全評價(jià)模型主要包括信息管理、安全識別、安全評價(jià)以及安全報(bào)告4 個(gè)部分，其中信息管理主要是對計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)的通信信息實(shí)行獲取和管理，并啟動安全識別；依據(jù)識別結(jié)果構(gòu)建評估指標(biāo)體系，并通過主成分分析完成安全等級評價(jià)，最后對應(yīng)生成安全報(bào)告。

2.2 構(gòu)建計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)安全評價(jià)指標(biāo)體系

2.2.1 計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)安全評價(jià)指標(biāo)體系結(jié)構(gòu)

在進(jìn)行計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)安全評價(jià)前，需構(gòu)建計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)安全評價(jià)指標(biāo)體系。 該指標(biāo)體系是基于計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)安全識別結(jié)果，同時(shí)結(jié)合評價(jià)的目標(biāo)及內(nèi)容需求所構(gòu)建的用于描述計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)安全水平的相關(guān)指標(biāo)；結(jié)合指標(biāo)體系構(gòu)建原則采用遞階方式構(gòu)建指標(biāo)體系，結(jié)果見表2。

表2 計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)安全評價(jià)指標(biāo)體系

計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)安全評價(jià)指標(biāo)體系分為目標(biāo)層、準(zhǔn)則層和指標(biāo)層三個(gè)層次，其中共包含9 項(xiàng)評價(jià)指標(biāo)，具體含義為在計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)安全的評價(jià)過程中，需衡量威脅及脆弱性兩種指標(biāo)對于計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)安全的影響程度。由于影響因素存在顯著的不確定性和模糊性，所以需要對所構(gòu)建的指標(biāo)體系進(jìn)行量化處理。

2.2.2 計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)安全評價(jià)指標(biāo)量化

由于計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)安全評價(jià)指標(biāo)存在較多會導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)面臨多種安全威脅的影響因素，所以需要先對其展開量化處理。 通過1～9 標(biāo)度法進(jìn)行計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)安全影響指標(biāo)的量化，通過兩兩對比的方式比較計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)安全評價(jià)指標(biāo)，基于比較結(jié)果建立判斷矩陣R ＝（rij）n×n，從而實(shí)現(xiàn)相對量化。 其中，以元素j為參考，元素i相對其的重要程度用rij表示，兩種元素的重要程度相同時(shí)，用標(biāo)度1 表示；元素i的重要程度略微高于元素j時(shí)，用標(biāo)度3表示；前者相對于后者分別為較為重要、非常重要、絕對重要時(shí)，依次用標(biāo)度5、7、9 表示。

結(jié)合AHP 理念可知，如果D表示元素，與其關(guān)聯(lián)的下層元素?cái)?shù)量為n，則判斷矩陣R的公式如式（1）所示：

其中，rii ＝1，rij ＝1/rjio。

R的最大特征值用λmax表示，對其實(shí)行求解，通過獲取λmax對應(yīng)的歸一化特征向量，用w ＝（w1，w2，…wn） 表示，且該向量屬于單排序權(quán)重向量。

為綜合分析上層元素對于下層元素的影響，對k ＋1層的元素組合權(quán)重實(shí)行求解，其求解公式為式（2）：

式（2）中，wk＋1，k-1和均表示權(quán)重，且前者為組合狀態(tài)，屬于k ＋1 層相對k-1 層；后者屬于k＋1 層相對k層。

2.2.3 基于主成分分析的計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)安全評價(jià)

通過主成分分析可將若干相關(guān)因素轉(zhuǎn)化成不具有相關(guān)性的指標(biāo)，其能夠在少量丟失數(shù)據(jù)的情況下降維處理原指標(biāo)，過濾重復(fù)數(shù)據(jù)，凸顯出與計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)安全相關(guān)的綜合指標(biāo)，精確度與研究效率都比較高。

主成分分析步驟如下：

第一步 令計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)安全指標(biāo)體系為A，在該體系內(nèi)選擇B個(gè)指標(biāo)，并設(shè)置該指標(biāo)的樣本矩陣為F，得到式（3）：

其中，i ＝1，2，…，A，j ＝1，2，…，B。

第二步 令Rb*b表示指標(biāo)相關(guān)系數(shù)矩陣，其特征值符合條件為：∧1 ≥∧b≥0，則主成分表達(dá)公式如式（4）所示：

式（4）中，Ti表示主成分，相關(guān)系數(shù)矩陣的標(biāo)準(zhǔn)化特征向量為ej。

第三步 當(dāng)?shù)趈個(gè)主成分方差貢獻(xiàn)率高于86%時(shí)，僅選擇前q個(gè)主成分T1，T2，…，Tq，此時(shí)q可體現(xiàn)B個(gè)初始指標(biāo)的信息，得到貢獻(xiàn)率a為式（5）所示：

第四步 求出所研究計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)安全綜合得分W為式（6）所示：

式（6）中，X為特征值的特征向量；a、b、x表示初始指標(biāo)的正規(guī)化數(shù)據(jù)。

2.2.4 計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)安全評價(jià)最佳置信區(qū)間判斷

在計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)安全評價(jià)過程中，為保證最精準(zhǔn)的評價(jià)結(jié)果，需確定最佳的置信區(qū)間。 計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)安全綜合得分W的可信度精度總和可通過信度函數(shù)Bel（W）描述，其公式為式（7）所示：

計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)安全綜合得分W的信度總和用Pls（W） 表示，其公式為式（8）所示：

基于此W的信任置信區(qū)間則由［Bel（W），Pls（W）］ 構(gòu)成，其中W的最大和最小概率邊界分別用Bel（W） 和Pls（W）表示。 對于A＝｛a1，a2｝ 中任意指標(biāo)ai、aj而言，如果Bel（ai）＞Bel（aj），Pls（ai）＞Pls（aj） ，則表示aj的重要程度低于ai；如果Bel（ai）＝Bel（aj），Pls（ai）＝Pls（aj） ，則ai、aj兩者的重要程度相等。

除上述兩種情況之外的其他情況，則通過下述方法完成：

如果ai、aj兩者置信區(qū)間分別用［Bel（ai），Pls（ai）］ 和［Bel（aj），Pls（aj）］ 表示，則前者由于后者的重要程度計(jì)算公式為式（9）所示：

式（9）中，在P（ai ＞aj）＞0.5 時(shí)，aj的重要程度低于ai；在P（ai ＞aj）＜0.5 時(shí)，aj的重要程度高于ai；在P（ai ＞aj）＝0.5 時(shí)，ai、aj兩者的重要程度相等。

依據(jù)上述步驟即可確定不同的情況下計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)安全評價(jià)指標(biāo)的置信區(qū)間，以此可提升計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)安全評價(jià)結(jié)果的可靠性。

2.3 計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)風(fēng)險(xiǎn)報(bào)告生成

通過上述小節(jié)完成計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)安全評價(jià)后，為實(shí)現(xiàn)更好的安全管控效果，利用區(qū)塊鏈的智能合約技術(shù)，生成計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)安全報(bào)告，為計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)安全管控提供可追溯的依據(jù)。

生成計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)安全報(bào)告時(shí)，主要是基于區(qū)塊鏈默克爾樹構(gòu)建計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)安全關(guān)聯(lián)樹，其可通過分類賬本建立計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)安全的對應(yīng)關(guān)聯(lián)，高效、可靠、隨意的實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)安全信息的定位檢索。 計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)安全關(guān)聯(lián)樹結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)安全關(guān)聯(lián)樹結(jié)構(gòu)

關(guān)聯(lián)樹中共有事務(wù)樹、收據(jù)樹、風(fēng)險(xiǎn)關(guān)聯(lián)樹三種樹，三者的主要作用分別是保存特定區(qū)塊內(nèi)信息、記錄安全的詳細(xì)數(shù)據(jù)、保存不同類別分類賬本之間涵蓋關(guān)系；除此之外，還可通過關(guān)聯(lián)樹獲取計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)安全態(tài)勢變化結(jié)果。

計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)安全風(fēng)險(xiǎn)等級分別為高、中與低風(fēng)險(xiǎn)，判別標(biāo)準(zhǔn)如表3 所示。

表3 計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)安全風(fēng)險(xiǎn)概率、后果等級量化表

3 實(shí)驗(yàn)分析

以某公司計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)為實(shí)驗(yàn)對象，利用本文方法對其預(yù)警，驗(yàn)證本文方法的應(yīng)用效果。

利用本文方法獲取計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)安全得分，結(jié)果如表4 所示。

表4 各指標(biāo)得分

根據(jù)表4 可知，本文方法可有效獲取計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)安全的評價(jià)結(jié)果，通信協(xié)議缺陷的量化分值在所有指標(biāo)中最高，為8，表示極有可能發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)。 實(shí)驗(yàn)證明：本文方法可有效預(yù)警計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)安全。

為驗(yàn)證本文方法對計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)安全評價(jià)的精準(zhǔn)度，以通信協(xié)議缺陷為例，選取不同數(shù)量的樣本數(shù)據(jù)，采用本文方法對通信協(xié)議缺陷安全的情況進(jìn)行預(yù)警，預(yù)測值與實(shí)際值對比結(jié)果見圖2。

圖2 通信協(xié)議缺陷預(yù)警情況

根據(jù)圖2 可知，本文方法的通信協(xié)議缺陷預(yù)警隨著樣本數(shù)據(jù)的增加，預(yù)測值與實(shí)際值之間的誤差逐漸減小，兩者幾乎重合，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本文方法的預(yù)測值與實(shí)際值幾乎一致，具備較高預(yù)警精度。

4 結(jié)論

綜上所述，計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用領(lǐng)域在不斷增加，安全性也面臨極大挑戰(zhàn)，為避免計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)受到攻擊而發(fā)生信息泄露及損壞等問題，需要保證其通信的安全性，安全評價(jià)是當(dāng)前較為有效的方式。 因此，本文研究基于區(qū)塊鏈的計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)安全評價(jià)模型，為網(wǎng)絡(luò)的安全管控提供有效手段。