網(wǎng)絡安全態(tài)勢感知系統(tǒng)中攻擊軌跡精準顯示技術

◆李 娜 樊 蓉

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網(wǎng)絡安全態(tài)勢感知系統(tǒng)中攻擊軌跡精準顯示技術

◆李 娜 樊 蓉

（四川大學計算機學院 四川 610065）

針對網(wǎng)絡安全態(tài)勢感知系統(tǒng)中，網(wǎng)絡攻擊軌跡定位要求精準直觀呈現(xiàn)，而傳統(tǒng)的基于文本及簡單線條的攻擊軌跡設計存在認知負擔過重以及軌跡重合呈現(xiàn)不全面的問題，通過引入貝塞爾曲線對網(wǎng)絡攻擊軌跡的優(yōu)化處理，可以幫助管理員及時發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡威脅，提高管理員整體把控網(wǎng)絡安全狀況的能力。

網(wǎng)絡安全態(tài)勢感知；網(wǎng)絡攻擊軌跡；貝塞爾曲線

0 引言

在網(wǎng)絡安全態(tài)勢感知系統(tǒng)中，生動形象地模擬網(wǎng)絡攻擊軌跡一直是網(wǎng)絡安全態(tài)勢感知可視化技術中的重要研究內容[1-5]。目前網(wǎng)絡安全態(tài)勢感知系統(tǒng)中，大多采用多種線條擬合參數(shù)方程的形式呈現(xiàn)，使用簡單的直線表示從攻擊源到被攻擊目標的過程，但當多條攻擊同時從該攻擊源到被攻擊目標時，單一的使用直線型攻擊軌跡就會出現(xiàn)重合導致軌跡顯示不全面的情況，使得管理人員無法清晰判斷當前網(wǎng)絡安全狀況，并及時采取有效的措施。本文引入貝塞爾曲線對攻擊軌跡進行優(yōu)化處理，能完全滿足多條攻擊軌跡精準呈現(xiàn)，解決了多條攻擊軌跡重合問題。

1 攻擊軌跡的呈現(xiàn)方式

在網(wǎng)絡安全態(tài)勢感知系統(tǒng)中，攻擊軌跡[6]是將網(wǎng)絡攻擊事件的發(fā)生使用圖形圖像生動地描繪出來，利用攻擊流的方式，可以將網(wǎng)絡攻擊事件的攻擊源、被攻擊目標、攻擊強度以及攻擊的危害性一一展現(xiàn)并且直觀易理解。

1.1 攻擊流的起止位置

本文設計的實時網(wǎng)絡安全事件攻擊軌跡是基于用戶地圖的，在攻擊軌跡的實時呈現(xiàn)過程中，最重要的兩個要素是網(wǎng)絡攻擊流的起點和終點位置的確定。用戶在上傳地圖時，會錄入地圖左上角及右下角的地理位置坐標，以及用戶在創(chuàng)建資產時，會選定資產在地圖上的位置，因此，攻擊目標的位置已解決，關鍵在于解決攻擊源在屏幕上的位置的問題。

根據(jù)網(wǎng)絡安全事件的目標IP地址，可以查找出其對應的資產，于是就能查出其在地圖上對應的位置。同時根據(jù)攻擊源IP地址信息，通過利用第三方IP地理位置信息庫GeoIP，便可查找出其對應的地理位置信息，再根據(jù)其經(jīng)緯度便可計算出攻擊源在屏幕上的位置（相對于屏幕左上角坐標的像素值），即確定攻擊軌跡的起始位置。在計算攻擊源位置坐標時，規(guī)定屏幕的像素值用(w, h)表示，經(jīng)緯度用(x，y)表示。其中存在一些已知的參數(shù)，包括屏幕左上角位置對應的經(jīng)緯度(xl，yl)和屏幕右下角位置對應的經(jīng)緯度(xr，yr)，以及攻擊源的經(jīng)緯度(xs，ys) 和被攻擊目標在屏幕上的位置(wd, hd)。在此只考慮攻擊源和被攻擊目標都在屏幕內的情況，即xl≤xs≤xr, yl≤ys≤yr，則計算攻擊源在屏幕上的像素值(ws, hs)公式分別為（1）、（2）所示：

則可求出攻擊源的屏幕坐標(ws,hs)，即攻擊軌跡的起始位置。

1.2 軌跡角度計算

在得到攻擊源與被攻擊目標的屏幕坐標(ws, hs)與(wd, hd)后，要繼續(xù)計算出攻擊軌跡與水平向右的坐標軸的夾角，以用于繪制網(wǎng)絡攻擊流中的軌跡圖元，規(guī)定攻擊源和被攻擊目標對應的經(jīng)緯度分別用(xs, ys) (xd, yd)表示，情況如圖 1所示。

圖1 軌跡角度計算

(1) xd= xs，yd= ys，則沒有角度可以計算;

(2) xd= xs，yd≠ys，則角度計算式如(3)所示。

(3) xd≠xs，yd= ys，則角度計算式如(4)所示。

(4) xd> xs，yd> ys，則角度計算公式如(5)所示。

(5) xd> xs，yd

(6) xd< xs，yd≠ys，則角度計算公式如(7)所示。

在繪制攻擊軌跡時，本文設計了導彈式的攻擊流形狀，初始狀態(tài)其方向水平向右，也就是沿x軸正方向，只要將其旋轉不同角度，就可以重復使用該形狀圖元，如圖2所示。

1.3 Bezier貝塞爾曲線

在電腦圖形學的應用領域中，貝塞爾曲線（Bezier曲線）是二維圖形繪制中相當重要的參數(shù)曲線。貝塞爾曲線是一種非常自由的數(shù)學曲線，由線段和節(jié)點組成，通過調整其節(jié)點的位置和權重就可以實現(xiàn)改變曲線形狀的目的，因此其具有非常良好的交互性。將貝塞爾曲線應用于網(wǎng)絡攻擊軌跡中來，這相對于傳統(tǒng)的直線型描繪攻擊軌跡方式，是一個巨大的提高。由于本文提出的方法是基于二次貝塞爾曲線的，本節(jié)僅對其相關的特性進行介紹，詳細的貝塞爾曲線資料可參考文獻[7]。

給定點P0、P1、…、Pn，其貝塞爾曲線如公式(8)：

當n=2時，即已知定點P0、P1、P2，此時的貝塞爾曲線也稱為二次貝塞爾曲線，用B（t）表示，如公式(9)：

公式中t為參數(shù)，B(t)為最終計算出來的值，效果如圖3所示。

圖3二次貝塞爾曲線效果圖

二次貝塞爾曲線使用已知三點P0、P1、P2構成一條二次方的曲線，其原理是使曲線去逼近控制點所構成的三角形，使用這種曲線能夠表達具有一定弧度的形狀。

2 攻擊軌跡在網(wǎng)絡安全態(tài)勢感知系統(tǒng)中的實現(xiàn)

本文采用多層級引擎結構重新進行架構，采用B/S的方式對網(wǎng)絡安全態(tài)勢進行實時呈現(xiàn)，在開發(fā)過程中，主要利用三臺引擎進行開發(fā)和測試。

2.1網(wǎng)絡攻擊事件的工作流程

采用動畫技術將網(wǎng)絡攻擊事件轉換為從攻擊源到攻擊目標的攻擊流動畫，攻擊事件工作流程如圖4所示。當網(wǎng)絡攻擊發(fā)生時，會先將其加入攻擊軌跡描繪隊列，再對攻擊源排行榜、攻擊目標排行榜、攻擊類別排行榜以及事件滾動面板進行更新，攻擊軌跡描繪模塊作為一個獨立的小模塊實時更新攻擊軌跡動畫，在屏幕上，如果前一個動畫沒有播放結束，后一個攻擊事件又到達，則會在屏幕上同時呈現(xiàn)多個攻擊軌跡，攻擊軌跡描繪模塊的工作流程如圖5所示。

圖4 網(wǎng)絡攻擊事件的工作流程

攻擊軌跡描繪模塊在初始化數(shù)據(jù)結構時，主要初始化一些公共使用的參數(shù)，如動畫移動速度、每更新一幀動畫的時間以及一些公共使用函數(shù)。檢查動畫隊列并更新主要是依次檢查當前隊列的動畫，如果有攻擊軌跡播放完畢，則刪除該事件。

圖5 攻擊軌跡動畫工作流程

2.2網(wǎng)絡攻擊軌跡的實現(xiàn)

當網(wǎng)絡攻擊數(shù)比較少，在同一時刻沒有從同一個攻擊源到被攻擊目標的攻擊流時，攻擊軌跡使用直線型攻擊流表示，攻擊圖元采用導彈形狀，效果如圖6所示。

圖6 直線型攻擊軌跡

當網(wǎng)絡攻擊較多，較為密集，在同一時刻有多條攻擊從攻擊源到攻擊目標時，軌跡重合不易察覺，效果如圖7所示。

圖7 多條攻擊軌跡重合

攻擊軌跡引用貝塞爾曲線優(yōu)化處理后，攻擊軌跡在攻擊源處分散發(fā)射，在被攻擊目標處匯集，多條攻擊有多條攻擊軌跡，呈現(xiàn)效果如圖8所示。

圖8 引入貝塞爾曲線后的攻擊軌跡

3 結語

本文針對目前網(wǎng)絡安全態(tài)勢感知可視化技術中存在的問題，提出一種基于網(wǎng)絡安全態(tài)勢感知系統(tǒng)的攻擊軌跡的處理方法，它根據(jù)同一時刻攻擊源到被攻擊目標的攻擊流數(shù)變換攻擊軌跡的弧度，使用貝塞爾曲線將多條攻擊軌跡直觀、清晰地展現(xiàn)出來，很好地解決了軌跡重合不易察覺的問題，極大地提高了管理員對當前網(wǎng)絡安全狀況進行人工評估的能力。

[1]Koike H, Ohno K, Koizumi K. Visualizing Cyber Attacks using IP Matrix [C]. Visualization for Computer Security. Washington: IEEE Computer Society, 2005.

[2] Haslum K， Abraham A， Knapskog S. Fuzzy online risk assessment for distributed intrusion prediction and prevention systems[C].//Computer Modeling and Simulation. Cambridge，UK :IEEE，2008.

[3]韓丹，王勁松，宋密.基于Snort的多視圖網(wǎng)絡流量可視化系統(tǒng)[J].天津理工大學學報，2014.

[4]趙穎，樊曉平，周芳芳等.網(wǎng)絡安全數(shù)據(jù)可視化綜述[J]. 計算機輔助設計與圖形學學報，2014.

[5]朱亮，王慧強，鄭麗君.網(wǎng)絡安全態(tài)勢可視化研究評述[EB/OL].北京:中國科技論文在線，2006. http://www.paper.edu.cn/html/releasepaper/2006/07/36/.

[6]趙穎，樊曉平，周芳芳等.多源網(wǎng)絡安全數(shù)據(jù)時序可視分析方法研究[J].小型微型計算機系統(tǒng)，2014.

[7]付鵬飛.貝塞爾曲線在汽車設計中的運用[J].上海:泛亞汽車技術中心有限公司，2012.

[8]陳成, 何玉慶.基于四階貝塞爾曲線的無人車可行軌跡規(guī)劃[J].自動化學報，2015.

國家重點研發(fā)計劃（2016yfb0800604，2016yfb0800605），國家自然科學基金項目（61572334）。