大規模網絡對抗兵棋推演系統關鍵技術探討*

賀 劼，練曉謙，齊 權，張會杰

0 引 言

兵棋推演是指對抗雙方或多方運用兵棋，按照一定規則，在模擬的戰場環境中對設想的軍事行動進行交替決策和指揮對抗的演練。長期以來，兵棋推演系統在支撐大規模聯合作戰方案分析優化、武器裝備體系需求論證、作戰決策人員指揮訓練以及作戰理論和戰法研究等方面發揮了重要作用[1]。

當前，網絡空間已成為繼陸、海、空、天之后的第五維作戰空間。同時，網絡空間作戰作為一種全新的作戰形式，標志著信息化戰爭進入了一個新的發展階段。網絡空間作戰的產生和發展，不僅產生了新的戰爭體系對抗領域，更是對信息化戰爭環境和理念的重大變革。這種變革不僅會對未來的戰爭產生巨大、深遠的影響[2]，也對兵棋推演系統技術發展提出了新的挑戰。

網絡空間是一個多維、跨域、大尺度空間，因此網絡空間作戰具有復雜體系特性。網絡空間作戰不僅是一種或數種網絡攻防手段在數量上的累加，而且是涵蓋偵察、控制、攻擊、防御、欺騙、威懾等戰術、戰法的大規模體系對抗。所以，針對網絡空間作戰兵棋推演系統的研究，必須圍繞大規模網絡對抗的特點開展。本文首先分析大規模網絡對抗的特點。

1 大規模網絡對抗的特點分析

與傳統作戰模式不同，大規模網絡對抗具有以下特點。

第一，多維性。大規模網絡對抗不是一維的，通常具有超常規的時間空間屬性。在時間維度上，網絡對抗從指令下達到作戰任務遂行，可在瞬間完成。在空間維度上，網絡對抗可在全球任何具有信息基礎設施的區域實施，沒有傳統戰爭中“前線”“后方”的概念。

第二，跨域性。大規模網絡對抗不是孤立的，往往伴隨著多兵種聯合作戰。現代戰爭是陸、海、空、天、網五位一體的體系對抗，網絡戰作為其中的重要環節，與其他環節相互交聯。比如，導彈等武器對信息基礎設施的硬毀傷會迅速降低網絡攻防能力；通過網絡攻擊也有可能對機場、軍艦等信息系統密集區域或裝備造成損傷，使其降低甚至失去作戰能力。

第三，并發性。大規模網絡對抗不是單向的，而是同一時間敵我互有攻防。交戰雙方信息基礎設施在對抗中互有毀傷，其戰損情況會直接影響下一時段的攻擊效能。信息基礎設施如何在被攻擊受損的情況下最大限度發揮作戰效能，是網絡對抗任務的主要目標。哪方能搶占先機、具備更高的攻防手段、擁有更強的基礎設施修復能力，將會影響網絡對抗結果。

第四，融合性。大規模網絡對抗不是“純軍”的，需要軍民融合共同遂行任務。與傳統戰爭主要由軍隊遂行、武器裝備主要由軍隊操控不同，國家主要信息基礎設施和攻防能力都蘊藏在民間，一旦爆發大規模網絡對抗，軍民將融合，共同遂行任務。軍、民網絡對抗力量的整合和調度水平，是網絡空間作戰能力的直接體現。

綜上所述，大規模網絡對抗呈現出多維、跨域、并發、融合等特性。因此，與傳統系統相比，大規模網絡對抗兵棋推演系統的復雜度急劇增加，其設計和實現過程中存在更多關鍵技術問題。根據上述分析，本文提出一種大規模網絡對抗兵棋推演系統體系結構。

2 大規模網絡對抗兵棋推演系統架構

如圖1所示，大規模網絡對抗兵棋推演系統采用與傳統兵棋推演系統類似的體系架構[3]，同時針對大規模網絡對抗特點進行相應調整優化，具體包括推演控制、網絡通信平臺、數據處理、態勢展示、紅方、藍方、數據庫和模型庫等子系統。

圖1 大規模網絡對抗兵棋推演系統

2.1 推演控制子系統

推演控制子系統是兵棋推演系統的核心，實現對整個推演過程的計劃、推進、評估和回放，并進行管理。具體可分為想定編輯、仿真引擎、推演導調、專家研判、效能評估、回放講評等模塊。本文將分別對這些模塊進行介紹。

想定編輯模塊。可根據兵棋推演訓練目標，從想定數據庫中調取想定數據進行組裝，形成整個訓練任務的“劇本”。

仿真引擎模塊。根據想定內容，推進仿真時鐘同步，按照一定規則有序調度模型并進行信息交互，實現兵棋推演系統的狀態推進。

推演導調模塊。網絡對抗推演一旦展開，必然會出現計劃外問題（“劇本”外的狀態）。此時，推演導調模塊負責跟蹤計劃執行情況，及時處置、調整推演中發生的計劃外問題，確保推演訓練達到預期目標。

專家研判模塊。傳統兵棋推演依據判定規則，實時評估對抗勝負態勢。由于網絡對抗的加入為現代戰爭引入了更多不確定性，導致判定規則更加復雜，而專家判研可在系統自動判研不能勝任時介入。

效能評估模塊。通過調用模型庫中的評估模型，根據大規模網絡對抗演練的輸入條件，評估進攻方的攻擊效率和防御方的戰損情況。

回放講評模塊。推演結束后，通過調用回放數據庫中的數據，復現整個訓練過程，方便參訓人員總結講評。

除上述模塊外，推演控制子系統還包括導調、管理、研判、講評等席位，以便于導調、管理人員和專家系統交互。

2.2 網絡通信平臺

網絡通信平臺為兵棋推演系統提供信息傳輸通道。根據網絡對抗的訓練任務不同，網絡通信平臺的類型可以是互聯網、局域網、工控網、衛星網或者它們的組合。

2.3 數據處理子系統

數據處理子系統主要負責整個兵棋推演系統數據的收集分發、分析和存儲等。根據數據處理內容區別，可分為數據收集、數據分析和數據存儲3個模塊。

數據收集模塊通過網絡通信平臺收集各子系統發出的數據，經數據分析模塊分析處理，再通過數據存儲模塊將數據分類存入實時數據庫和回放數據庫。

2.4 態勢展示子系統

態勢展示子系統用于實時顯示網絡對抗雙方態勢信息，為雙方參訓人員提供決策依據，同時為導調、研判人員提供直觀證據。

2.5 紅、藍方子系統

紅、藍方子系統作為交戰雙方（也可根據需要增加參演方），是開展網絡攻防的主體。在推演控制模塊分配了作戰資源和環境資源后，紅、藍方子系統分別進行部署，擬定對抗計劃，并在導調的統一管理控制下，根據訓練想定展開對抗。

紅藍雙方均包含參訓人員和資源。參訓人員包括指揮員、網絡對抗操作員和資源管理人員等。資源包括基礎設施和信息，用來模擬不同程度戰損情況下的狀態。為模擬大規模攻防，需增加CGF（計算機生成兵力）節點。CGF行為可以通過想定文件預設，也可按照行為模型庫中存放的行為模型自動控制。

2.6 數據庫

數據庫用于存儲兵棋推演系統相關數據，包括想定數據、實時數據、回放數據、漏洞庫、指紋庫和工具庫等。

想定數據庫存儲想定數據，以供想定編輯模塊調用組裝。實時數據庫實時處理系統推演數據請求，確保系統推進速度，保障系統過程控制。回放數據主要存儲參訓人員行為相關數據，便于復盤。以上3個數據庫中的數據主要通過數據收集模塊從兵棋推演系統中獲取。

漏洞庫主要存儲網絡攻擊可利用的漏洞集。指紋庫存放對抗雙方網絡基礎設施相關特征數據。工具庫用于存儲網絡攻防常用工具。以上3個數據庫中的數據主要通過數據管理人員提前輸入。

2.7 模型庫

模型庫用于存儲兵棋推演系統相關模型，包括行為模型、策略模型、網絡拓撲模型和評估模型等。

行為模型庫主要存儲兵棋推演系統中人員和設備的攻防行為，為CGF行為提供支撐。策略模型庫存儲網絡對抗常用戰術、戰法的決策模型，是AI（Artificial Intelligence，人工智能）指揮網絡對抗的關鍵支撐。網絡拓撲模型庫存儲主要國家或地區信息基礎設施的網絡拓撲模型及關聯設備指紋信息，用于搭建網絡對抗的戰場環境。評估模型庫存儲的評估模型主要用于推演訓練效能的評價，支撐講評評估活動。

模型庫中的模型除了由模型管理人員實現輸入外，行為模型和策略模型還可采用機器學習的方式，從數據庫中存儲的海量網絡攻防數據中分析獲取。

3 關鍵技術探討

3.1 大規模網絡對抗戰場環境快速構建技術

通過兵棋推演系統構建的戰場環境，其展示的真實程度直接決定了訓練效果。因為大規模網絡對抗是國家與國家之間的體系對抗，所以要想構建高度仿真的模擬戰場環境，首先必須快速、準確、安全地完成目標國家或地區的信息基礎設施調查。

利用信息基礎設施指紋特征識別技術，可對路由器、交換機、網站服務器、數據庫服務器、網絡安全設備、網絡攝像頭、工業控制網絡設備等信息基礎設施實現精確識別。識別內容包括設備廠商、品牌、型號、端口、服務、系統、組件以及地理位置等，如圖2所示。在此基礎上，建立目標國家和地區的信息基礎設施網絡拓撲模型，并將這信息分別存入指紋數據庫和網絡拓撲模型庫，進而為兵棋推演提供支撐。

圖2 信息基礎設施指紋特征識別結果

由于大規模網絡對抗兵棋推演系統的復雜性，其設計和實現過程存在許多關鍵技術問題需要解決。其中，復雜異構網絡快速重構技術、系統資源自動配置與快速釋放技術、平臺安全防護與控制技術等兵棋推演系統的共性技術，國內外已開展了大量研究[4-5]，本文不再贅述。下面重點討論與大規模網絡對抗特點密切相關的關鍵技術。

3.2 基于網絡攻防行為大數據的AI決策技術

大規模網絡攻防中，同一時刻涉及的網絡節點和并發的攻防行為往往數量驚人。一方面，僅僅依靠參訓人員在系統內進行模擬遠遠不夠，需要計算機來模擬參與對抗人員的決策行為。另一方面，網絡攻防行為往往帶有操作人員明顯的個人特征，其決策水平和實施效能因人而異。通過AI技術學習這些特征，模仿并最終超越人類，可以反向促進參演人員提高決策能力。

如圖3所示，利用網絡空間智能化關聯分析技術，可以對網絡空間節點信息、人員上網信息、系統設備漏洞信息、網絡安全事件信息等多源異構數據進行數據清洗和一體化融合。同時，從關聯關系維度、地理位置維度和時間維度進行分析，還原物理世界和網絡空間世界中相關事件的關聯關系和發生的過程，最終挖掘出設備狀態、設備使用者等關鍵內容。在此基礎上，可以利用全球6 000萬個曾經發起過攻擊的IP攻擊行為數據庫和30余萬名黑客的攻擊策略模型庫，構建對應的深度學習算法，進而訓練AI決策能力。

圖3 網絡空間智能化關聯分析示意

3.3 基于數據可視化的網絡攻防態勢展現技術

傳統戰爭中，作戰行動基本都發生在物理空間。臨近地理區域的作戰實體演進具有關聯性和連續性等特點，因此傳統兵棋推演系統多采用“六角格”地圖進行態勢展示。但是，網絡對抗行為發生在虛擬空間，可在瞬間發生在全球各地點。因此，傳統兵棋推演系統很難展示網絡對抗的瞬時性。

利用數據可視化技術，通過聚類、排重、關聯規則等算法處理數據，可實現對網絡對抗數據的采集、分析以及對網絡威脅風險的可視化呈現。對網絡攻防行動，可采用動態展示的形式直觀展現，如圖4所示。對網絡對抗數據，可采用用戶友好的圖表形式展現，如圖5所示。通過網絡攻防態勢展示，可為兵棋推演相關人員提供決策依據和直觀證據。

4 結 語

本文提出了一種大規模網絡對抗兵棋推演系統的體系架構，并針對系統關鍵技術問題開展進一步探討。通過對大規模網絡對抗兵棋推演系統進行開發和應用，可以提高網絡空間作戰指揮員的訓練水平，促進軍民網絡對抗力量的整合和統一調度，實現軍民資源融合、軍民信息融合、軍民能力融合，從而為推動我國網絡空間作戰能力建設發揮重要作用。

圖4 絡攻防行動展示

圖5 網絡對抗數據展示

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