基于模糊層次分析的網(wǎng)絡(luò)風(fēng)險評估技術(shù)

摘 要：基于模糊判斷法和層次分析法提出了一種網(wǎng)絡(luò)風(fēng)險評估技術(shù)，此技術(shù)首先對網(wǎng)絡(luò)風(fēng)險評估系統(tǒng)進(jìn)行分層處理，然后從相對權(quán)重出發(fā)、考慮各風(fēng)險要素的綜合重要程度對各風(fēng)險要素的重要性進(jìn)行評判，兼顧網(wǎng)絡(luò)風(fēng)險要素的不確定性和多變性。最后通過實(shí)例表明該方法的可行性。

關(guān)鍵詞：網(wǎng)絡(luò) 風(fēng)險評估 模糊層次分析 網(wǎng)絡(luò)安全

中圖分類號：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）10（b）-0163-03

隨著日益增長的網(wǎng)絡(luò)需求，風(fēng)險評估在網(wǎng)絡(luò)防護(hù)中顯示了越來越重要的作用。通過風(fēng)險評估，可以了解己方網(wǎng)絡(luò)的安全威脅及其影響程度，為制定相應(yīng)的安全策略提供依據(jù)。由于缺乏有效的風(fēng)險評估將會造成網(wǎng)絡(luò)需求與網(wǎng)絡(luò)解決方案之間的嚴(yán)重脫節(jié)，國際上各主流網(wǎng)絡(luò)通信公司和網(wǎng)絡(luò)安全公司已開始著手開展相關(guān)技術(shù)的研究，并給出了一些解決方案。

作為一種處理不易定量化變量的多準(zhǔn)則決策方法，層次分析法（analytic hierarchy process，簡稱AHP）[1]具有多個優(yōu)點(diǎn)。但層次分析法也有一些不可避免的問題，比如在分析過程中使用不同的判斷矩陣會對分析結(jié)果有不同的影響，所以分析結(jié)果的一致性檢驗比較困難。此外，模糊評價法基于模糊數(shù)學(xué)[2]提出了將應(yīng)用模糊關(guān)系進(jìn)行合成的方法。但是模糊評價法對于過于復(fù)雜的情況擴(kuò)展性不強(qiáng)，無法適應(yīng)大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)的分析。很多學(xué)者對上述方法進(jìn)行了改進(jìn)[3-6]，但這些方法都不適合用于復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)風(fēng)險評估且具體評估效果還有待驗證。

為了有效的對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行風(fēng)險評估，該文提出了一種基于模糊層次分析法的網(wǎng)絡(luò)風(fēng)險評估技術(shù)，此項技術(shù)將層次分析法和模糊評價法相結(jié)合，把主觀判斷和客觀因素結(jié)合起來反映實(shí)際網(wǎng)絡(luò)的風(fēng)險情況。

1 基于模糊層次分析的網(wǎng)絡(luò)風(fēng)險評估

1.1 層次結(jié)構(gòu)

在層次結(jié)構(gòu)中，最上層為網(wǎng)絡(luò)風(fēng)險評估目標(biāo)的焦點(diǎn)，我們將其定義為風(fēng)險要素重要度。在網(wǎng)絡(luò)風(fēng)險評估中，各風(fēng)險要素的風(fēng)險計算是由風(fēng)險發(fā)生的概率和風(fēng)險的影響來決定的。同時在網(wǎng)絡(luò)風(fēng)險評估中還需要考慮到風(fēng)險是否可控的因素。所以，層次結(jié)構(gòu)中的第二層準(zhǔn)則定義為“風(fēng)險概率、風(fēng)險影響”和“不可控制性”。在層次結(jié)構(gòu)的第三層中，需要根據(jù)實(shí)際網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的威脅和脆弱性進(jìn)行分析，導(dǎo)出整體網(wǎng)絡(luò)面臨的各種風(fēng)險要素。

1.2 相對權(quán)重

建立了層次結(jié)構(gòu)之后，需要計算層次結(jié)構(gòu)中第二層和第三層的相對權(quán)重。

第二層相對權(quán)重：

在第二層中，由于準(zhǔn)則的重要性比較清晰，所以我們在第二層中采用AHP方法對不同要素的相對權(quán)重進(jìn)行計算。

首先我們以第一層要素為判斷依據(jù)，將層次結(jié)構(gòu)模型中的第二層要素進(jìn)行兩兩之間的比較，依據(jù)比較結(jié)果確定第二層要素的相對重要度，病構(gòu)建判斷矩陣，記為B：

其中，n2為第二層要素的數(shù)量，bij為從某種判斷方式得出的要素Bi相對于要素Bj來說的相對重要程度，即相對重要度。B的取值范圍為1≤B≤9，其中9表示相對重要度最大。且B中元素滿足：

bii=1

bij=1/bji （i，j=1，2，…，n2）

bij=bik/bjk （i，j，k=1，2，…，n2）

在上述計算得到的判斷矩陣B的基礎(chǔ)上，我們使用n次方根計算推斷各個要素的的相對權(quán)重。然后，可以計算特征向量V=（v1，v2，…vn2）T，，i=1，2，…，n2，再對V進(jìn)行歸一化處理，得到歸一權(quán)向量WU2={W1a，W2a，…，Wn2a}T，，i=1，2，…，n2，并對B進(jìn)行一致性檢驗[10]。表1為Satty給出的平均隨機(jī)一致性指標(biāo)RI[10]。

第三層相對權(quán)重：

為了克服傳統(tǒng)AHP法中對各風(fēng)險要素進(jìn)行兩兩比較時經(jīng)常導(dǎo)致較大誤差的主觀性缺陷，該方法利用模糊評判方法對分析過程中的各風(fēng)險要素進(jìn)行量化，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行定量評定。

第一步構(gòu)造評判集Vi={vi1，vi2，…，viki}，i=1～n2，即相對于上一層的不同準(zhǔn)則，將各個指標(biāo)的評判分為ki個等級，對各風(fēng)險要素逐個給出風(fēng)險程度，以衡量在該指標(biāo)上各風(fēng)險要素的表現(xiàn)及由此而來的相關(guān)風(fēng)險的大小。

第二步依據(jù)上層設(shè)定的不同評判準(zhǔn)則給出各風(fēng)險要素的評判。假設(shè)風(fēng)險要素集為U={u1，u2，…，un3}，構(gòu)造從評判集到模糊集的映射h：U→H（Vi），H（Vi）是Vi上可能導(dǎo)致模糊化判決的全體集合。在其中，uj→h（ui）=（hi1，hi2，…，hiki）∈H（V），映射h即可以代表風(fēng)險要uj對分析評判集合中各數(shù)值的可信支持程度。將風(fēng)險要素ul對分析評判集Vi的隸屬度向量記為Rl=（ril1，ril2，…，rilki），l=1，2，…，n3。可以計算得到隸屬矩陣Ri，不同的風(fēng)險要素相對不同的準(zhǔn)則可以得到不同的隸屬度矩陣R1，…，Rn2。

由于評判分析集合中各評判指標(biāo)會對風(fēng)險要素的分析產(chǎn)生直接影響，因此我們需要針對分析評判集中的每個指標(biāo)進(jìn)行權(quán)重賦值。假設(shè)指標(biāo)權(quán)重的分配集合WIi={wI1， wI2，…，wImi}。可以得到在某評判準(zhǔn)則下各個風(fēng)險要素之間的相對權(quán)重Wi。

進(jìn)行歸一化處理后，可以得到對各因素的歸一化權(quán)重向量Wib={Wib1，Wib2，…，Wibn3}。

其中，Wib表示第i個準(zhǔn)則相對于所有第二層因素的歸一化權(quán)向量，Wibj表示第j個因素在第二層中的第i個評判準(zhǔn)則下相對于其他所有因素的重要性權(quán)值。

不斷重復(fù)上述過程，我們可以得到在整體的評判準(zhǔn)則集下，各個風(fēng)險要素的歸一化權(quán)重矩陣，記為WU3={W1b， W2b，…，Wn2b}。

各風(fēng)險要素的綜合重要度

得到各風(fēng)險要素相對于上一層的相對權(quán)重向量之后，對其進(jìn)行排序，可以得到各個風(fēng)險要素對于整體網(wǎng)絡(luò)風(fēng)險的綜合性重要度。各個風(fēng)險要素的綜合重要度如下：

，j=1，2，…，n3。

比較各個風(fēng)險要素的綜合性重要程度，我們在進(jìn)行風(fēng)險控制時就可以選擇比較重要的風(fēng)險要素，集中采取措施進(jìn)行風(fēng)險管控。

2 分析用例

構(gòu)建圖1所示的網(wǎng)絡(luò)風(fēng)險評估模型。判斷矩陣為：

計算一致性比率：CR=CI/RI=0.058<0.1，由于符合一致性判決，一致性檢測通過。

然后依據(jù)Wi=WIi·RiT求得歸一化權(quán)重向量（0.187、0.209、0.203、0.198、0.202）。根據(jù)以上分析，最后得到風(fēng)險要素“非法訪問、數(shù)據(jù)泄漏、惡意代碼、拒絕服務(wù)、身份欺騙”中風(fēng)險較大的為“數(shù)據(jù)泄漏”和“惡意代碼”。網(wǎng)絡(luò)管理者可以根據(jù)以上信息進(jìn)行進(jìn)一步的改進(jìn)。

3 結(jié)語

該文針對網(wǎng)絡(luò)設(shè)計中面臨的網(wǎng)絡(luò)風(fēng)險評估問題，提出了一種基于模糊層次分析法的網(wǎng)絡(luò)風(fēng)險評估技術(shù)，此技術(shù)綜合考慮了風(fēng)險要素的層次性、和易變多變性，結(jié)合層次分析法和模糊評價法，分別從層次結(jié)構(gòu)、相對權(quán)重、綜合重要度等方面進(jìn)行風(fēng)險要素評判。最后的例子說明通過將定性分析與定量分析相結(jié)合，該方法具有實(shí)際可操作性。

參考文獻(xiàn)

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