賽博對抗建模仿真研究

谷雨，楊慧杰（中國電子科技集團公司電子科學研究院，北京 100041）

賽博對抗建模仿真研究

谷雨，楊慧杰
（中國電子科技集團公司電子科學研究院，北京 100041）

0　引言

“賽博空間”又稱“賽博空間”、“賽博空間”。近年來，“震網”、“棱鏡門”及“心臟出血”等賽博空間中的重大事件層出不窮，充分體現了賽博對抗的現實性及巨大影響，引發了全球高度關注，對于賽博空間及賽博對抗的研究已迫在眉睫。

賽博空間及賽博對抗概念的產生，擴展了武器裝備體系對抗的內涵，對抗形式已從傳統的單一物理域火力對抗轉變為信息域信息對抗、認知域認知對抗、社會域泛在對抗相互滲透融合的新局面。傳統的武器裝備體系對抗仿真建模方法缺乏對信息域、認知域和社會域內虛擬實體及對抗行為的描述能力，迫切需要探索新的建模方法，開展賽博空間對抗仿真技術研究。

本文首先總結了賽博空間及賽博對抗的新特性，在此基礎上分析了傳統的武器裝備體系對抗建模與仿真方法在描述賽博對抗時的不足之處，進而提出了面向"實體-行為-效能"的賽博空間對抗建模仿真方法，并詳細介紹了虛擬實體、對抗行為、毀傷效果和對抗效能等建模仿真要素。

1　賽博空間及賽博對抗特性

有關賽博空間的概念和內涵曾存在諸多爭議，但近年來逐漸形成了較為統一的認識。在美國《JP1-02：國防部軍事與相關術語詞典》中給出的概念定義為：信息環境中的一個全球域，由相互依賴的信息技術基礎設施網絡及其內部數據構成，這些網絡包括互聯網、電信網、計算機系統以及嵌入式處理器與控制器。

依據上述賽博空間的概念，可以分析出賽博空間和賽博對抗具備的基本內涵及特性包括以下幾個方面：

首先，賽博空間是一個真實存在的作戰空間，其與傳統的陸、海、空、天等作戰空間屬于并列關系，在賽博空間中的賽博對抗可以完全獨立于現有的陸、海、空、天等作戰空間下的對抗。

其次，賽博空間是一個虛實結合的作戰空間，其依賴于現實世界中的基礎設施網絡而產生，但其核心在于虛擬空間中的網絡和數據，這使得賽博空間中的賽博對抗突破了時間、空間等多方面的限制。賽博對抗在無界和高速的環境中進行，處于一種泛在狀態，這都是有別于傳統軍事對抗的新形式。

最后，賽博空間是一個形式多樣的作戰空間，其對抗形式不再是傳統的基于火力打擊的對抗形式，而是信息域、認知域和社會域中各種新對抗形式的集合，具有對抗手段和方式多樣化的顯著特點。賽博空間通過網絡和數據將空間中的作戰單元緊密交聯在一起，通過對信息域、認知域和社會域中某一環節的破壞，將有可能使整個領域或其他領域陷入癱瘓。

2　賽博對抗建模仿真需求分析

依據傳統戰爭模擬理論，通常將戰場空間描述為作戰實體和作戰環境的集合。對于作戰實體，著重討論實體的幾何造型、物理特性及能力方面的建模方法；而對作戰環境，著重討論自然環境和戰場環境方面的建模方法。傳統戰爭理論建模包括物理特性建模、作戰實體能力建模、行為與交互建模、戰斗與損耗建模等方面。

前述章節已經詳細分析了賽博空間及賽博對抗行為的種種新特性，它明顯有別于傳統武器裝備體系對抗。相應的，傳統的武器裝備體系對抗仿真也面臨著賽博對抗新特性帶來的挑戰，其不適應性主要表現在三方面：

首先，現有建模方法難于描述賽博空間中的作戰單元特性。賽博空間中的作戰單元可存在于虛擬空間中，傳統的基于物理特性的描述方法已不適用，如經典的物理實體的運動方程、外觀尺寸等描述已無必要。而虛擬實體在賽博空間中的存在形式、運動形式，現有建模方法又缺乏描述能力。

其次，現有建模方法難于描述賽博空間中的作戰單元對抗行為。賽博空間中的作戰單元對抗形式多樣，已不限于火力對抗，不限于物理空間，虛擬空間中的各種網絡攻擊手段都是賽博對抗的樣式。且賽博對抗的樣式是在不斷擴展的，隨著技術的不斷發展還會不斷演化。對抗行為的多樣性和可變性都是現有建模方法無以應對的。

最后，現有建模方法難于描述對抗效果。傳統戰爭模擬理論通過物理特性的變化來描述作戰的毀傷效果，這種方法也顯然不適用于賽博對抗。賽博對抗中廣泛存在的是作戰單元在網絡和數據層面的損傷，這種對抗效果需要有新的手段進行描述。

3　面向"實體-行為-效能"的賽博對抗仿真建模方法

現有武器裝備體系對抗建模方法存在三方面的不足，是我們應對賽博對抗仿真時所面臨的難點，也牽引我們尋求相應的解決辦法。針對這三個方面，本文提出了一種涵蓋虛擬實體、對抗行為、對抗效能等要素的面向"實體-行為-效能"的賽博對抗仿真建模方法。

3.1虛擬實體

賽博空間是由各種電子設備、計算機系統、信息網絡以及相關的基礎設施組成并產生的虛實結合的空間，它除了包括基礎設施本身的物理特性之外，還包括虛擬空間中信息及信息系統衍生出的虛擬特性。其虛擬特性包括本身固有的屬性，如信息攜帶的信息量、信息內容等屬性，需要對此類虛擬的特性進行量化的描述；其衍生虛擬特性包括完整性、可用性、私密性等。

賽博空間及對抗概念的出現，強調針對信息及信息系統的攻擊防護，因而在進行體系對抗仿真時需要考慮對信息和信息系統的特性進行抽象建模。

定義1賽博空間虛擬實體是指在電子設備、計算機系統、信息網絡以及相關基礎設施構建出的虛擬空間中所存在的非物理形態的邏輯單元。

賽博空間虛擬實體主要包含兩大類，是具有語義的信息和具有功能的信息系統。在傳統武器裝備體系建模仿真的研究范疇內，信息的作用是通過其傳遞的信息語義來體現的。它是作為武器裝備之間傳遞的各類消息的載體而出現的，通過接口關系的約束和信息格式的定義，武器裝備之間通過信息的交互并翻譯信息內含的語義來維持交互關系。

在賽博空間對抗中，信息作為信息內容的載體也成為了受攻擊的對象，其攜帶語義的數量、完整性等參數都成為衡量對抗效果的指標。因而在賽博空間對抗仿真建模中，需要對信息及其內含的語義進行抽象建模，來支撐對抗效果、毀傷效果的描述。

定義2信息語義是信息所含內容的最小單元。信息所包含的信息語義的集合表示為IC=｛Ic1，Ic2，…，Icn｝，式中n——信息所包含的語義數量。

定義3信息整體特性指信息具有的完整性、可用性和私密性。

可用性（Availability）表征信息本身是否可被使用的狀態，可用信息語義的集合表示為A=｛Ici|i∈n｝完整性（Integrity）表征信息當前包含的語義數量與本身包含的語義數量的比例度量，完整信息語義的集合表示為I=｛Icj|j∈n｝

私密性（Confidentiality）表征信息已被獲知的語義與信息本身包含的語義數量的比例度量，私密信息語義的集合表示為C=｛Ick|k∈n｝

虛擬實體整體特性的形式化表示語言為：Attr= ＜ma，mi，mc＞，式中ma=i/n——表示可用性度量；

mi=j/n——表示完整性度量；mc=k/n——表示私密性度量。

定義4信息虛擬實體是賽博空間中的一種虛擬實體，是一組信息語義的載體，具有完整性、可用性和私密性等整體特性。其形式化描述語言為Ei=＜IC，A，I，C，Attr＞

3.2對抗行為

傳統武器裝備的能力主要是指裝備實體在物理空間中的能力，如機動、打擊、探測等。而賽博空間中實體具有虛實結合的特性，其能力更多的通過其在虛擬空間中的特性展示出來的，基于信息和信息系統的攻防對抗行為能力是其典型表現。攻防對抗行為隨其依托的技術不同而呈現不同的形態，但攻防對抗行為樣式則相對有限。需要通過分析攻防對抗背后蘊藏的機理，對攻防對抗的本質進行抽象描述，建立基于攻防對抗樣式的能力集合。

實體的活動反映了實體的行為，實體的行為決定了活動的結果，這個論述在賽博空間對抗中依然成立。賽博空間仿真建模的一個重要方面就是研究如何對賽博空間對抗行為進行抽象建模，分析對抗行為的機理、過程及影響。此外，賽博空間中基于信息和信息系統的攻防對抗行為也具有層次性，依據其對信息和信息系統的影響效能不同，需要對其層次結構進行分析歸類。

在對賽博對抗行為進行抽象描述時，通常考慮以下幾個方面的要素：

●行為類型Type：描述對抗行為的分類的指標，使用ty表示；

●技術手段Tech：描述對抗行為所使用的技術類型，使用te表示；

●技術水平Level：描述對抗行為所使用的技術先進性的程度，使用l表示；

●持續時間Time：描述對抗行為從發起到結束所使用的總時長，使用ti表示；

●行為規模Scale：描述對抗行為發起者所使用的攻擊資源的數量，使用s表示。

基于上述表征賽博空間對抗行為特性及效能的基本要素，形成對賽博對抗行為的形式化描述：CyberBehavior=＜ty，te，l，ti，s＞，其中行為類型的定義域是行為類型的集合，即ty∈TypeSet=｛Access，Footprinting，Scanning，Enumeration，Sniffing…｝，而技術手段的定義域也與行為類型類似，是一個枚舉值組成的技術手段集合，即ty∈TechSet，TechSet=｛Te1，Te2，…，Ten｝。

3.3對抗效能

戰斗與損耗建模的基礎是實體的特性與能力，目的是描述作戰過程整體的或階段的作戰效果。賽博空間中的戰斗與損耗建模重在虛擬的特點，更多的發生在虛擬空間內，是信息系統能力的缺失、是信息基本屬性的損耗。需要從信息和信息系統虛擬特性變化的角度考慮如何對其戰斗和損耗進行抽象建模描述。

在賽博空間對抗中，對賽博空間實體的完整性、可用性及私密性的破壞都屬于對其的毀傷形式。對抗行為是否能產生毀傷效果的判定由對抗行為的模型參數來決定。結合對賽博空間對抗行為的建模方法，具體的影響參數即行為類型、技術手段、技術水平、持續時間和行為規模。

輸出：攻擊成功時輸出true，失敗時輸出false。

4　結語

本文主要針對賽博空間下的對抗仿真建模問題，提出了一套適用于賽博空間體系對抗研究的仿真建模方法。提出將虛擬信息作為一類實體模型進行專門建模仿真，同時更加突出對行為的特征建模和效能仿真；通過對虛擬信息的仿真將賽博空間新特點有機融入傳統武器裝備體系仿真，通過對虛擬信息實體的相關行為及其對抗效能仿真體現賽博空間對抗的 “控制”目的。解決了傳統仿真建模方法在描述賽博空間虛擬實體特性、賽博空間對抗行為及賽博空間對抗效能等方面存在的不足。

［1］張明智，胡曉峰.賽博空間作戰及其對戰爭仿真建模的影響［J］.軍事運籌與系統工程，2012，26（4）.

［2］趙智勇.網絡攻擊過程剖析［J］.計算機現代化，2012.8.

［3］周光霞，孫欣.賽博空間對抗［J］.指揮信息系統與技術，2012，3（2）.

［4］趙捷，趙寶獻，王世忠.關于賽博空間與賽博空間作戰問題的思考［J］.中國電子科學研究院學報，20116（3）.

Cyberspace Countermine；Behaviors Modeling；Effectiveness Evaluation

Research on Modeling and Simulation of Cyberspace Countermine

GU Yu，YANG Hui-jie
（China Academy of Electronics and Information Technology Beijing，Beijing 100041）

1007-1423（2016）18-0024-04

10.3969/j.issn.1007-1423.2016.18.005

谷雨（1984-），男，湖北武漢人，碩士，工程師，研究方向為仿真支撐技術

2016-06-20

2016-06-29

賽博空間是與陸海空天并列的作戰域，賽博空間中的對抗作為新興的對抗形式受到廣泛關注。闡述賽博對抗的新特性，分析現有仿真建模方法在描述賽博空間對抗過程和對抗效能等方面的不足。進而提出一種面向“實體-行為-效能”的賽博對抗體系仿真建模方法，該方法依托虛擬實體、對抗行為和對抗效能等要素，能夠較完備地描述賽博對抗的過程和效果，滿足體系仿真的需求。

賽博對抗；行為建模；效能評估

楊慧杰（1985-），男，陜西人，碩士，工程師，研究方向為仿真應用技術

Cyberspace is a kind of combat domain as land，sea，air and space.Cyberspace countermine as a new form of confrontation received extensive attention.Describes the new characteristic of cyberspace countermine，analyzes the disadvantages of existing simulation modeling method in describing the cyberspace countermine course，effectiveness and other aspects.And then puts forward an oriented“Entity-Behavior-Performance”simulation modeling method，the method relying on virtual entity，counterwork behavior and effectiveness，supplies a more complete description of the course and effectiveness of the cyberspace countermine what can meet the needs of system of system simulation.