任務(wù)關(guān)鍵系統(tǒng)可生存性增強的應(yīng)急技術(shù)研究.pdf

1、安全的現(xiàn)狀已經(jīng)清楚地表明：傳統(tǒng)的安全理論與技術(shù)已經(jīng)沒有辦法為任務(wù)關(guān)鍵系統(tǒng)的安全提供根本和可靠的保障，如何在災(zāi)難發(fā)生時盡量保證現(xiàn)有關(guān)鍵任務(wù)的持續(xù)、及時完成，已成為亟待解決的問題。可生存性研究就是順應(yīng)這個需求而產(chǎn)生的新課題?？缮嫘宰鳛橄乱淮W(wǎng)絡(luò)安全的核心目標，目前已經(jīng)成為國內(nèi)外信息安全領(lǐng)域競相研究的新的熱點，它代表了網(wǎng)絡(luò)安全研究發(fā)展的新方向。從網(wǎng)絡(luò)安全的歷史、現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢來看，增強系統(tǒng)的可生存性，是目前應(yīng)付一切攻擊、入侵和破壞的最佳途徑

2、。 可生存性增強技術(shù)主要研究改善系統(tǒng)可生存能力的方法和技術(shù)，它是針對現(xiàn)有系統(tǒng)在入侵抵抗、識別和恢復(fù)的薄弱環(huán)節(jié)進行的增強設(shè)計和提出的對策建議。而面向生存性的應(yīng)急技術(shù)是對動態(tài)的系統(tǒng)生存態(tài)勢所進行的主動、有預(yù)見性地響應(yīng)，是為了確保系統(tǒng)發(fā)生服務(wù)失效時，關(guān)鍵服務(wù)仍可繼續(xù)運作，而預(yù)先制定和準備執(zhí)行的一系列操作策略集。目前，面向生存性的應(yīng)急技術(shù)已經(jīng)成為提高系統(tǒng)可生存能力的一個重要研究分支，正處于“方興未艾”階段，現(xiàn)在這方面的研究文獻還少見諸報

3、，且僅局限在CMU、CERT/CC、EDI、DARPA、BBN等幾個研究機構(gòu)展開，許多問題還沒有解決，更缺乏深入的理論研究和可實施性，大部分實現(xiàn)仍然停留在模擬和仿真階段。而本文對此進行了較為系統(tǒng)的研究，重點基于Monitor—Analysis—Response的三級漸進控制模式來研究生存性增強的若干應(yīng)急關(guān)鍵技術(shù)。 首先，研究了任務(wù)關(guān)鍵系統(tǒng)可生存態(tài)勢的應(yīng)急感知模型。提出一種基于灰關(guān)聯(lián)分析的可生存態(tài)勢評估模型，該評估模型首先由規(guī)范化

4、的區(qū)間數(shù)性能指標決策矩陣入手，應(yīng)用灰關(guān)聯(lián)分析評估出系統(tǒng)的可生存性概率，然后基于“熵差”得到整個系統(tǒng)當前可生存態(tài)勢的綜合評估。而后，由評估模型得到的隨機采樣的非等時距可生存性評估數(shù)據(jù)序列入手，根據(jù)累加序列所呈現(xiàn)出“S”形或反“S”形的擺動特征，利用灰色Verhulst模型或其反函數(shù)模型預(yù)測出系統(tǒng)未來的生存態(tài)勢值，然后基于多級殘差對模型的預(yù)測精度進行修正，最后應(yīng)用修正后的新模型得到直觀的系統(tǒng)未來生存態(tài)勢曲線圖。 其次，研究了面向系統(tǒng)

5、可生存性增強的應(yīng)急分析方法。從應(yīng)急調(diào)度的角度來研究保證關(guān)鍵服務(wù)持續(xù)、可靠運行的可生存性增強策略，提出了Criticality—Lifetime—DeadlineFirst的生存應(yīng)急調(diào)度算法。首先，基于參數(shù)靈敏度分析給出了調(diào)度參數(shù)的選取方法；然后，利用多重鏈表給出了算法的實現(xiàn)，包括服務(wù)的接受策略與服務(wù)完成/夭折策略的算法實現(xiàn)；最后，對應(yīng)急服務(wù)的“顛簸現(xiàn)象”，提出了設(shè)置搶占閾值的解決方案。仿真結(jié)果表明提出的方法為關(guān)鍵服務(wù)的可生存性提供了保證

6、，有效提高了整個系統(tǒng)的可生存能力。 再次，研究了面向系統(tǒng)可生存性增強的應(yīng)急響應(yīng)方法。以應(yīng)急響應(yīng)需求為背景，提出了一種基于自主配置的生存應(yīng)急響應(yīng)算法，解決了自主應(yīng)急過程中的應(yīng)急響應(yīng)時間點的選擇和應(yīng)急資源重配的問題。首先，基于中心極限定理和假設(shè)檢驗理論，計算求得各關(guān)鍵服務(wù)在主、備服務(wù)器上的歷史平均服務(wù)響應(yīng)時間的置信區(qū)間；然后，根據(jù)主、備服務(wù)器上服務(wù)響應(yīng)時間置信區(qū)間的5種分布情況，提出的自主應(yīng)急響應(yīng)算法可以為應(yīng)急服務(wù)在不同的時間響應(yīng)區(qū)

7、選擇合適的應(yīng)急策略；最后，提出了一個可以同時滿足應(yīng)急響應(yīng)時間和受剝奪影響的非關(guān)鍵服務(wù)個數(shù)最少的應(yīng)急資源重配算法。整個應(yīng)急配置的過程對用戶透明，最大限度地保證了關(guān)鍵服務(wù)請求在用戶期望的截止時間內(nèi)完成。 最后，研究了可生存系統(tǒng)細粒度的應(yīng)急恢復(fù)方法。首先著重研究了利用隨機Petri網(wǎng)形式化地描述了系統(tǒng)及服務(wù)的幾種典型的失效模型，給出了可生存系統(tǒng)若干可度量的恢復(fù)性指標參數(shù)的求解方法；然后，提出了基于系統(tǒng)級、服務(wù)級、進程級和線程級的四級遞