Cyber体系脆弱性仿真分析方法研究

Along with the continuous evolution and development of the information war, cyberspace’s strategic position becomes more and more important, the challenge of the new type SoS confrontation represented by cyber SoS confrontation becomes straiter, how to analyse the vulnerability of cyber SoS becomes an important and difficult problem must be solved, and any effective proposal has not been conformed until now. This project makes use of complex networks theory and method as the research means, focuses on the key issues of cyberspace SoS: integrated structure vulnerability quantification, dynamic evolution indicator analysis, non-linear aggregation relationship constitution and visualized simulated verification, analyses the structure feature and vulnerability mechanism of cyber SoS, studies on the networked assessment indicator system, and the simulation analysis methods. A new concept of “integrated, aggregate, non-linear” is proposed to construct the assessment indicator system, the key technology of manifold non-linear mapping method applied in the cyber SoS vulnerability analysis field is broken through, and this project is to simulate and evaluate with actual war game data, to synthesized verify the proposed vulnerability analysis methods, to provide practical, feasible, specific and effective quantitative analysis thechnology for the cyber SoS’s construction, defense and improvement, and then to provide more dependable simulation and analysis foundation of the cyberspace operations.

近年来随着信息化战争的不断发展演化，Cyber空间的战略地位日渐凸显，以“Cyber体系对抗”为代表的新型体系对抗挑战正日趋严峻，如何分析Cyber体系的脆弱性成为一个必须解决的重点难点问题，目前尚未形成系统有效的解决方案。本项目以复杂网络理论和方法为研究手段，针对Cyber体系的整体结构脆弱性量化、动态演化指标分析、非线性聚合关系构建和可视化仿真验证等关键问题，对Cyber体系的结构特征及脆弱性形成机理进行分析，研究网络化指标体系构建和仿真分析方法，提出了全新的“整体、聚合、非线性”指标体系构建理念，突破了流形非线性映射方法在Cyber体系脆弱性分析领域应用的关键技术，并以实际兵棋对抗推演数据作为仿真分析对象，对提出的脆弱性分析方法进行综合验证，为Cyber体系的建设、防御和改进提供切实、可行、具体、有效的量化分析技术，进而为Cyber空间实际作战提供更为可靠的仿真分析依据。

本项目以“空海一体战”为研究背景，研究Cyber体系的脆弱性分析问题，包括Cyber体系的结构特征、脆弱性指标体系、仿真实验等，为Cyber体系的对抗、防御、建设和改进提供依据。研究成果包括如下四个方面：. 一是研究思路和理念。聚焦Cyber空间的体系化、复杂性和大尺度特性，提出了“整体、聚合、非线性”的脆弱性分析理念，确定了从指标体系框架、指标粒度层次、非线性聚合度量、仿真实验检验等不同阶段和角度开展脆弱性研究的思路，为Cyber体系脆弱性分析提供了一种涵盖理论基础、研究手段和验证途径的可行方法。. 二是指标体系框架及构建方法。提出了由多粒度脆弱性基础指标、多层面评估结果度量指标、非线性聚合关系等三部分构成的相互关联的网络化指标体系框架，能够反映评估对象的复杂性、动态性、关联性和非线性特征，从而支持对Cyber体系脆弱性进行更好的量化研究。并在此基础上分别以卫星通信体系和指挥控制体系为实例，提出了相应的基础指标体系，使构建的指标体系更具实际参考价值。. 三是非线性聚合方法。提出了2种非线性方法实现基础指标向评估结果指标的聚合和聚合参数的调整优化。一是基于流形学习思想的多权矩阵保局投影方法，将指标聚合效率从传统流形方法的分钟级降低到秒级。二是基于非线性多维约简的局部约束图优化算法，通过对聚合权值进行局部约束图优化，实现了对聚合参数的优化调整。. 四是仿真实验和应用。一是以对抗推演中的指控体系演化数据为实例，对脆弱性指标进行了仿真实验及可视化。二是提出“规则半径+约束随机方向”的可视化算法，对实际指控体系的对抗推演过程进行了更为有效的可视化表征，并根据实际推演过程和结果对脆弱性分析结果进行了验证。三是开展了利用Cyber体系脆弱性对BA无尺度网络中的目标节点进行分离的仿真实验，为支撑实际运用提供辅助决策依据。