一種網絡作戰能力評估變權賦權方法*

申普兵　趙占東　劉　琦

(西安通信學院　西安　710106)

一種網絡作戰能力評估變權賦權方法*

申普兵趙占東劉琦

(西安通信學院西安710106)

摘要在網絡作戰能力評估中，指標權重的設計是一個技術關鍵和難點。論文提出了一種變權賦權的方法，解決了采用傳統指標權重賦權方法對評估結果的不利影響。同時，針對網絡攻防能力的特點，對如何更加科學地使用變權賦權方法給出了具體賦權函數。

關鍵詞網絡作戰; 指標權重; 賦權方法

Class NumberE919

1引言

隨著計算機網絡及信息技術在軍事上的應用，網絡作戰已然成為信息作戰的重要樣式，各國在大力加強網絡作戰能力建設的同時，積極加強網絡作戰能力評估問題的研究，以爭得網絡作戰優勢[1]。網絡作戰能力評估過程中，指標權重的設計對評估有著舉足輕重的作用，指標權重是指每項指標對網絡作戰能力這個總目標的貢獻程度，反映了指標在評估中價值地位的系數，即指標重要性的度量。在評估領域中流傳這樣一句話：“指標設計難、指標權重設計更難”，而指標權重的合理性將直接影響評估結果的合理性[2]。本文將結合網絡作戰能力評估指標特點，提出一種變權賦權的網絡作戰能力評估指標權重的確定方法。

2不同賦權方法比較分析

當前，在網絡作戰能力評估中，確定權重的方法有很多，按照其依賴的理論以及數據的不同主要可以分為以下三類：主觀賦權法、客觀賦權法和組合賦權法[3]。

主觀賦權法[4]是利用相關專家的知識與經驗對具體的評估問題進行主觀判斷，根據指標在指標體系中的相對重要程度從而確定指標權重，常用的方法有層次分析法、環比評分法、倍數環比賦權法、Delphi法等。主觀賦權法在確定指標權重過程中體現了專家們根據經驗確定指標權重的主觀偏向性，客觀性不強。在實際應用中使用較多的是層次分析法，具有定量分析與定性分析相結合、簡化系統分析與計算、量化決策者的經驗判斷等特點。

客觀賦權法[5]是利用指標原始數據之間的關系通過一定的數學方法來確定指標權重的，或者是根據各指標值的變化程度來確定指標權重，不依賴于人的主觀判斷，最終評估結果具有較強的數學理論依據。常用的方法有標準離差法、主成分分析法、多目標規劃法、神經網絡法等[6]?？陀^賦權法具有不受人為因素影響的絕對客觀性，但是其計算方法較為復雜，而且不能體現評估者對不同指標的重視程度，即不能完全正確體現出指標體系內指標的相對重要性。

組合賦權法是將主、客觀賦權法相結合進行賦權，使賦予的權重更加合理。常用的方法有組合最小二乘法、加法集成法、離差最大化賦權法和線性加權法等[7]。組合賦權法同時具有主客觀賦權法的優點，即在削弱主觀因素影響的同時，也減輕了數據隨機誤差對賦權結果的影響。它從邏輯上將主觀賦權法與客觀賦權法有機的結合了起來，使所確定的權重能夠同時體現出主觀信息與客觀信息的特點。

三種方法比較如表1所示。

表1　三種常見賦權法比較

3變權賦權權重模型

比較主觀賦權法與客觀賦權法以及組合賦權法的過程及特點，可以發現在具體評估過程中，指標權重確定之后是沒有變化的，不會根據各類指標值的不同而產生變化，稱之為定權。在評估中，當權重確定之后，對于被評估對象而言，無論指標取值如何，都不會對權重產生影響。使用定權的缺點在于當指標值范圍變化時，評估者調整不了相應指標的權重，在實際評估過程中，可能會出現評估結果偏離實際的情況。

例如，在網絡作戰能力評估方案選擇中，提供三種方案選擇，成本、可操作性是方案選擇的兩個重要指標，假設兩個指標的重要程度相同，于是權重向量ω1=(0.5,0.5)。三組指標數據分別為x1=(0.5,0.5)，x2=(0.1,0.9)，x3=(0.9,0.1)。利用加權和的數學方法，使用定權模型計算方案結果分別為

Ux1=0.5×0.5+0.5×0.5=0.5

Ux2=0.5×0.1+0.5×0.9=0.5

Ux3=0.5×0.9+0.5×0.1=0.5

從評估結果來看，三個方案結果值相同，但是實際情況中，方案2、方案3是不會被采納的，方案2的可操作性很強，但是成本太高，方案3恰恰相反，成本很低，但是可操作性基本為零。由此可以明顯看出定權所存在的不足與缺點。

在評估中，要彌補定權方法帶來不足，需引入變權的方法，即在實際評估過程中，利用指標取值的不同進行權重的改變，使得評估結果更加合理。當指標取值變小時，其權重同時變大，變權之后評估結果值將變低；或者當指標取值變大時，其權重適當變大，變權之后評估結果值將變高。由此可以看出采用變權方法之后，會改良定權所可能引起的不良后果，提高評估的實用性，從而使評估更為合理。

變權賦權根據指標的數值主要有：指標過低型、指標過高型。指標過低型變權是指在評估過程中，當指標值過低而低于限定的門限時，隨著指標值的減小同時迅速增大該指標的權重，使得總體評估值變低，以達到符合現實規律的目的。指標過高型變權是指在評估過程中，當指標值過高而高于限定的門限時，隨著指標值的增大同時增大該指標的權重，使得總體評估值變高，以達到符合現實規律的目的。其數學模型如下：

其函數圖如圖1所示，其中Ai,Bi為指標值的最低門限和最高門限，其中Ai

圖1　變權函數圖

4變權賦權在網絡作戰攻防能力評估的應用

網絡作戰能力評估屬于多指標綜合評估，其基本的數學表達式如下[8]：

s=ω1·s1+ω2·s2+…+ωn·sn

ω1+ω2+…+ωn=1,0≤ωi≤1,i=1,2,…，n

(1)

其中，si,ωi分別是網絡作戰能力第i個指標的評分和權重，s是網絡作戰能力的評估總分。

4.1網絡防御能力變權模型

采用文獻[9]的指標，網絡防御能力評估指標主要由防護能力、告警能力、檢測能力、響應能力構成。四種能力時序上順序發生，依次發生作用，如圖2所示。防護能力是網絡防御能力的第一道防線，抵御敵網絡偵察和攻擊，當發現攻擊行為時，發出告警信息，并對網絡攻擊進行檢測，根據檢測結果采取響應行動。

圖2　網絡防御活動分解模型

從上面的分析中，可以看出網絡防御能力具有木桶短板效應，網絡防御能力的大小往往由構成其能力的最弱子能力決定——“短板致敗”。四個能力中任意一能力較弱時，網絡防御的整體能力將大打折扣，四個能力中某一個能力值較大時，其整體防御能力并不一定大。因此，評估過程中，當防御能力中的子能力指標值低于最低門限時，其權重要適當變大，使評估結果值變低，按照指標過低型變權賦權方法進行權重確定。綜上，網絡防御能力的變權賦權函數為

(2)

函數圖形如圖3所示。

圖3　網絡防御能力的賦權變權函數

其中Li為指標值的最低門限，Li∈(0,1)，ω(x)=Pi,(Li

4.2網絡攻擊能力變權模型

網絡攻擊是指通過武器裝備、技術手段等方法破壞敵網絡空間的行動，目的是“破網”[10]。網絡攻擊手段有很多，既可以通過截取、篡改、控制、破壞敵網絡信息，也可以通過電磁摧毀、火力打擊等手段破壞敵網絡基礎設施硬件。以文獻[11]為例，網絡攻擊能力主要有病毒攻擊、程序攻擊、口令攻擊、拒絕服務攻擊、漏洞攻擊五種能力構成，如圖4所示。

圖4　網絡攻擊能力構成

與網絡防御能力的木桶短板效應正好相反，網絡攻擊能力往往由構成其能力的最強能力決定——“長板致勝”。網絡攻擊某一子能力突出時，網絡整體攻擊能力將大大加強，某一子能力比較薄弱時，其整體能力不一定小。因此，評估過程中，當攻擊能力中的子能力指標值極高時，其權重要適當變大，使評估結果值變高，按照指標過高型變權賦權方法進行權重確定。綜上，網絡攻擊能力的變權賦權函數為

(3)

函數圖形如圖5所示。

圖5　網絡攻擊能力的賦權變權函數

其中Hi為指標值的最高門限，Hi∈(0,1)，W(Xi)=Qi,(0

5結語

本文提出了一種變權賦權方法，結合網絡作戰能力評估中，網絡攻擊能力“長板致勝”、網絡防御能力“短板致敗”的特點，分別給出了具體的變權復權函數。該方法可以很好地避免在評估過程中，指標值過大或過小對評估結果的影響，彌補了單獨使用定權方法的不足。

參 考 文 獻

[1] 王勁松,鄒磊,孫雪飛.基于灰色模糊綜合評價的網絡作戰能力評估[J].現代防御技術,2013,41(4):74-81.

[2] 徐耀玲.評估指標權重設計方法與案例分析[J].科技促進發展，2011(1):62-67.

[3] 郭亞軍.綜合評價理論、方法與應用[M].北京:科學出版社,2005.

[4] 汪文革,王珍惜.一種主觀綜合的訓練評估指標權重的確定方法 [J].艦船電子工程,2013,33(8):123-125.

[5] 李龍海,劉凡.組合權重法在機場空防安全評價中的應用[J].中國民航大學學報,2014,32(3):55-58.

[6] 張建旭,文旭東,劉興國.基于較優方案最大區別度的組合權重賦值法[J].數學的實踐與認識,2014,44(17):65-72.

[7] 閆濱,錢靜宇,郭超.基于動態權重的綜合指標權重確定及應用[J].沈陽農業大學學報,2014,45(1):58-61.

[8] 賈珺,戰曉蘇,程文俊.基于灰色關聯分析的網絡戰綜合能力評估[J].系統仿真仿報,2012,24(6):1185-1188.

[9] 劉蕊.指揮信息系統安全防護體系研究[D].西安：西安通信學院,2012.

[10] 史軍濤,周銘,張振坤.基于BP神經網絡的戰場網絡攻擊效能評估[J].空軍雷達學院學報,2012,26(2):127-129.

[11] 李大光,李萬順.基于信息系統的網絡作戰[M].北京：解放軍出版社,2010.

An Adjustable Weight Method for Network Operation Capability Evaluation

SHEN PubingZHAO ZhandongLIU Qi

(Xi’an Communications Institute, Xi’an710106)

AbstractThe design of index weight is a key and difficult point in the evaluation of network operation capability. An adjustable weight method is proposed, which is used to solve the disadvantage of the traditional index weight method. At the same time, a more scientific method of weight function is proposed for using the adjustable weight method on the basis of considering the characteristics of network attack and defense ability.

Key Wordscomputer network operation, index weight, weighting method

*收稿日期:2015年12月8日,修回日期:2016年1月18日

基金項目:國家社科基金“我軍網絡作戰基礎問題研究”(編號：13GJ003-032)資助。

作者簡介:申普兵,男,教授,碩士生導師,研究方向：網絡安全。趙占東,男,碩士,研究方向：網絡作戰 效能評估。

中圖分類號E919

DOI:10.3969/j.issn.1672-9730.2016.06.025

劉琦,男,碩士,研究方向：兵種戰術學。