基于云理論的鐵路客票系統(tǒng)安全防護(hù)評(píng)估研究

摘" 要：鐵路客票系統(tǒng)是鐵路運(yùn)輸關(guān)鍵信息基礎(chǔ)，對(duì)鐵路客票系統(tǒng)安全防護(hù)有效評(píng)估事關(guān)社會(huì)秩序和公眾利益。對(duì)鐵路客票系統(tǒng)安全防護(hù)有效評(píng)估是實(shí)現(xiàn)鐵路客票系統(tǒng)整體功能安全性評(píng)估的重要基礎(chǔ)。針對(duì)鐵路客票系統(tǒng)安全防護(hù)能力評(píng)估問(wèn)題，研究基于云模型的鐵路客票系統(tǒng)安全防護(hù)評(píng)估方法，給出應(yīng)用該方法評(píng)估客票系統(tǒng)安全防護(hù)能力的評(píng)估步驟，構(gòu)建鐵路客票系統(tǒng)安全防護(hù)評(píng)估指標(biāo)體系，依據(jù)云理論計(jì)算分析客票系統(tǒng)安全防護(hù)能力水平，通過(guò)實(shí)例應(yīng)用表明，基于云模型的鐵路客票系統(tǒng)安全防護(hù)評(píng)估模型可有效地表達(dá)客票系統(tǒng)安全防護(hù)水平，為鐵路客票系統(tǒng)的安全防護(hù)評(píng)估提供一種新的方法和理論支持。

關(guān)鍵詞：鐵路客票系統(tǒng)；安全防護(hù)；云理論；評(píng)估；方法

中圖分類號(hào)：TN918.91" " " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " " " " 文章編號(hào)：2095-2945（2024）04-0042-04

Abstract： The railway ticket system is the key information basis of railway transportation， and the effective evaluation of the safety protection of the railway ticket system is related to social order and public interest. The effective evaluation of the safety protection of the railway ticket system is an important basis for realizing the overall functional safety evaluation of the railway ticket system. Aiming at the problem of safety protection capability evaluation of railway ticket system， the safety protection evaluation method of railway ticket system based on cloud model is studied， and the evaluation steps of using this method to evaluate the security protection capability of railway ticket system are given. In this paper， the safety protection evaluation index system of railway ticket system is constructed， and the security protection capability level of ticket system is calculated and analyzed according to cloud theory. The safety protection evaluation model of railway ticket system based on cloud model can effectively express the safety protection level of railway ticket system， which provides a new method and theoretical support for the safety protection evaluation of railway ticket system.

Keywords： railway ticket system; security protection; cloud theory; evaluation; method

隨著科技的快速發(fā)展，中國(guó)鐵路客票銷售和訂票系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱“鐵路客票系統(tǒng)”）的信息化水平已經(jīng)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。新一代鐵路客票系統(tǒng)自2011年開發(fā)以來(lái)，經(jīng)歷了二十多年的技術(shù)和業(yè)務(wù)積累，鐵路客票系統(tǒng)已從單一車站管理系統(tǒng)擴(kuò)展成為了覆蓋整個(gè)國(guó)家的大型信息交易系統(tǒng)，其融合了云計(jì)算機(jī)技術(shù)和大數(shù)據(jù)分析等互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)手段[1]。

目前，中國(guó)鐵路客票系統(tǒng)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了包括互聯(lián)網(wǎng)和移動(dòng)票務(wù)、電子支付和電子票務(wù)在內(nèi)的多種服務(wù)。隨著鐵路信息向互聯(lián)網(wǎng)的擴(kuò)展和開放，對(duì)鐵路客票系統(tǒng)的安全要求也日益提高，安全性和可靠性變得更加重要[2-3]。

通過(guò)對(duì)鐵路客票系統(tǒng)防護(hù)進(jìn)行安全評(píng)估，建立相應(yīng)的評(píng)估指標(biāo)體系，并應(yīng)用科學(xué)方法，在評(píng)估結(jié)果基礎(chǔ)上指導(dǎo)鐵路客票系統(tǒng)的改進(jìn)，具有非常積極的意義，也對(duì)鐵路客票系統(tǒng)的安全保護(hù)發(fā)揮著診斷和監(jiān)管作用，為鐵路客票系統(tǒng)安全保護(hù)的發(fā)展和完善提供了科學(xué)依據(jù)。

1" 鐵路客票系統(tǒng)安全防護(hù)評(píng)估體系構(gòu)建

1.1" 指標(biāo)體系構(gòu)建的原則

評(píng)估指標(biāo)體系是由整個(gè)鐵路客票系統(tǒng)安全防護(hù)能力的各種要素和指標(biāo)組成的有機(jī)整體。指標(biāo)體系是否合理科學(xué)，與評(píng)估結(jié)果準(zhǔn)確與否密切相關(guān)。鐵路客票系統(tǒng)作為一個(gè)復(fù)雜的技術(shù)系統(tǒng)，需從多方面考慮建立相應(yīng)的指標(biāo)體系，應(yīng)遵循以下基本原則。

1.1.1" 科學(xué)性原則

鐵路客票系統(tǒng)安全防護(hù)能力評(píng)估系統(tǒng)層次的設(shè)計(jì)與構(gòu)建必須以科學(xué)為依據(jù)，防護(hù)能力指標(biāo)的選擇應(yīng)簡(jiǎn)單而不繁雜，而且需要尊重客觀事實(shí)，保持?jǐn)?shù)據(jù)的真實(shí)可靠性，定性與定量分析充分結(jié)合，不可以偏重其中一面。

1.1.2" 系統(tǒng)性原則

鐵路客票系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，系統(tǒng)評(píng)估指標(biāo)體系不僅要反映系統(tǒng)的整體能力，還要反映系統(tǒng)的各個(gè)方面。指標(biāo)體系必須從系統(tǒng)的角度考慮，必須顯示系統(tǒng)不同層次上的影響。

1.1.3" 定性與定量相結(jié)合原則

鐵路客票系統(tǒng)安全防護(hù)評(píng)估，涉及某些因素如主機(jī)安全、應(yīng)用安全、控制策略等，應(yīng)用進(jìn)行定性分析，便于量化，減少人的主觀判斷差異。

1.1.4" 可實(shí)施性原則

在構(gòu)建鐵路客票系統(tǒng)安全防護(hù)能力評(píng)估時(shí)，系統(tǒng)分析和系統(tǒng)方法具有可操作性，方法簡(jiǎn)單，結(jié)論明確，具體操作時(shí)應(yīng)該選擇不太復(fù)雜的風(fēng)險(xiǎn)因素指標(biāo)，一些設(shè)定的因素不易過(guò)多，計(jì)算方法也不復(fù)雜。

1.1.5" 獨(dú)立性原則

鐵路客票系統(tǒng)安全防護(hù)能力評(píng)估指標(biāo)的選擇應(yīng)該是獨(dú)立自主，每個(gè)評(píng)估指標(biāo)應(yīng)簡(jiǎn)單明了地表達(dá)自身特點(diǎn)，與其他指標(biāo)不存在聯(lián)系部分或者互相之間有著較大的間接影響，也不存在指標(biāo)含義存在重復(fù)與交叉的部分。

1.2" 指標(biāo)體系的建立

基于等保3.0框架中的4個(gè)技術(shù)防護(hù)，結(jié)合中國(guó)鐵路總公司《鐵路客票系統(tǒng)技術(shù)條件（鐵路局及車站部分）》構(gòu)建評(píng)價(jià)因素集進(jìn)行分析[4]，見表1。

2" 基于云理論的鐵路客票系統(tǒng)安全防護(hù)評(píng)估

2.1" 云理論基礎(chǔ)理論

云由大量云滴構(gòu)成，通過(guò)云滴距離或靠近某一指標(biāo)的離散程度，從而定性表達(dá)系統(tǒng)整體性質(zhì)，是一種自然語(yǔ)言的特征描述，介于定性和量化描述間表示的不確定性模型，具有直觀性和普遍性。云特征由期望值Ex（Expected Value）、熵En（Entropy）、超熵He（Hyper Entropy）組成， 其中，Ex為云中心值，代表定性數(shù)值；En為不確定度量，取值范圍越大，定義相對(duì)越模糊；He為熵的熵，反映云滴離散化程度[5]。

2.2" 云理論分析基本步驟

2.2.1" 指標(biāo)云模型建立

評(píng)估指標(biāo)可分成定性和定量，其中固定值的云，為定量型，數(shù)字特征用（Ex，0，0）表示，相反，無(wú)固定值的云，為定性型，用（Ex，En，He）表示。若存在樣本集k，則定量型云表示

定性型指標(biāo)的云模型可以表示為

式中：指標(biāo)為定性時(shí)，Ex1—Exk和Ek1—Ekk分別表示各指標(biāo)對(duì)應(yīng)云模型的期望值和熵。指標(biāo)為定量時(shí)，Ex1—Exk為各指標(biāo)量值。

表1" 鐵路客票系統(tǒng)安全防護(hù)評(píng)估指標(biāo)

2.2.2" 多維指標(biāo)的融合加權(quán)度量計(jì)算

當(dāng)對(duì)m個(gè)評(píng)估指標(biāo)評(píng)估時(shí)，用m個(gè)云模型來(lái)描述m個(gè)指標(biāo)狀態(tài)，則可組成一個(gè)m維綜合云[6]，用C表示為

C=（T1，T2，…，Tm）=a×b，

式中：Ci=ai×bi；a為云重心的位置；b為云重心的高度。

m維理想云重心位置為a0=（E0x1，E0x2…，E0xm），云重心高度為b0=（b1，b2，…，bm），則理想狀況下云重心為C0=a0×b0。

將實(shí)際狀態(tài)的云重心進(jìn)行歸一化處理，得到CC=（C1C，C2C，…，CmC），公式如下

式中：i=1，2，…，m。

將指標(biāo)歸一化后加權(quán)求和，可得加權(quán)偏離度θ為

式中：wj為指標(biāo)權(quán)重；θ為當(dāng)前鐵路客票系統(tǒng)安全防護(hù)狀態(tài)與理想安全防護(hù)狀態(tài)云之間的偏置值，θ的值越大表明實(shí)際鐵路客票系統(tǒng)安全防護(hù)狀態(tài)與理想狀態(tài)云偏離程度越大，1-θ即表示鐵路客票系統(tǒng)安全防護(hù)指標(biāo)的評(píng)估結(jié)果。

2.2.3" 評(píng)估集的云模型評(píng)估標(biāo)度

將鐵路客票系統(tǒng)安全防護(hù)等級(jí)V劃分為V={v1（差），v2（較差），v3（中等），v4（良好），v5（優(yōu)秀）}等級(jí)，分別如圖1所示的5個(gè)等級(jí)的云模型，云模型合理地分布在評(píng)價(jià)集中，為評(píng)估創(chuàng)建定性的云生成器。

3" 鐵路客票系統(tǒng)安全防護(hù)評(píng)估應(yīng)用分析

以鐵路客票系統(tǒng)安全防護(hù)能力中第一層指標(biāo)區(qū)域邊界安全為例，基于1.2節(jié)中所構(gòu)建的客票系統(tǒng)安全防護(hù)能力指標(biāo)體系，并運(yùn)用云重心法對(duì)區(qū)域邊界安全進(jìn)行評(píng)估。同理，可對(duì)計(jì)算環(huán)境安全、區(qū)域邊界安全、通信網(wǎng)絡(luò)安全等做出評(píng)估判斷，從而利用2.2.1節(jié)中的有關(guān)計(jì)算公式，判斷出整個(gè)客票系統(tǒng)的安全防護(hù)能力狀況。

3.1" 區(qū)域邊界安全指標(biāo)選取

結(jié)合專家知識(shí)庫(kù)，抽取一定容量的測(cè)試樣本數(shù)，對(duì)區(qū)域邊界安全各因素進(jìn)行分析判斷得出n種狀態(tài)，當(dāng)n=4時(shí)，具體見表2。

3.2" 指標(biāo)云模型表征

利用2.1節(jié)中云相關(guān)理論，基于云模型發(fā)生器，將控制策略、完整性驗(yàn)證、安全檢查和訪問(wèn)控制4個(gè)定性指標(biāo)量化為定量指標(biāo)，形成指標(biāo)決策表見表3。

區(qū)域邊界安全的各指標(biāo)云模型的期望值Ex和熵En，見表4。

3.3" 云重心向量和加權(quán)偏離度計(jì)算

選取一組專家采用AHP法和德爾菲法對(duì)區(qū)域邊界安全各指標(biāo)重要度打分[7]，并根據(jù)專家意見對(duì)權(quán)重結(jié)果進(jìn)行評(píng)審和修改，最終確定各單項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重為

W2={0.264 2，0.096 3，0.132 8，0.506 7}。

依據(jù)云重心公式，計(jì)算出區(qū)域邊界安全的云中心向量為

C2=（0.059，0.015，0.033，0.104）。

理想狀態(tài)下，云重心向量a0=（0，0，0，0）。則區(qū)域邊界安全理想云重心向量為

C0=（0.084，0.031，0.042，0.161）。

歸一化后

CG=（0.300，0.525，0.225，0.350）。

由2.2.2節(jié)得出加權(quán)偏離度θ4，e4為

θ4=0.337，e4=0.663。

3.4" 基于云模型實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)效能評(píng)估

以區(qū)域邊界安全為例，采用其4個(gè)第一層指標(biāo)進(jìn)行評(píng)估，得出了區(qū)域邊界安全最終評(píng)判值。同理，可計(jì)算計(jì)算環(huán)境安全、區(qū)域邊界安全、通信網(wǎng)絡(luò)安全和安全管理中心的偏離度和評(píng)判值，見表5。依據(jù)3.3節(jié)中權(quán)重計(jì)算方法，計(jì)算鐵路客票系統(tǒng)安全防護(hù)4個(gè)第一層指標(biāo)權(quán)重為

w=（0.191，0.271，0.418，0.120）。

則整體歸屬度e=0.676。通過(guò)2.2.3節(jié)可知鐵路客票系統(tǒng)安全防護(hù)的整體云模型如圖2所示，由圖2可知，評(píng)估結(jié)果為“良好”等級(jí)。

4" 結(jié)論

通過(guò)開展鐵路客票系統(tǒng)安全防護(hù)評(píng)估，可以判斷計(jì)算評(píng)估指標(biāo)對(duì)鐵路客票系統(tǒng)安全防護(hù)狀態(tài)的情況，為鐵路客票系統(tǒng)安全防護(hù)的防護(hù)重點(diǎn)和方案升級(jí)或設(shè)計(jì)方案優(yōu)化提供參考。本文針對(duì)影響鐵路客票系統(tǒng)安全防護(hù)因素較多，結(jié)合等保3.0框架提出了 “計(jì)算環(huán)境安全、區(qū)域邊界安全、通信網(wǎng)絡(luò)安全和安全管理中心”4個(gè)第一層指標(biāo)的鐵路客票系統(tǒng)安全防護(hù)評(píng)估指標(biāo)體系，將云理論、AHP法和德爾菲法相結(jié)合，提出一種定量與定性相結(jié)合的鐵路客票系統(tǒng)安全防護(hù)評(píng)估方法。

其中，以區(qū)域邊界安全為例，詳細(xì)給出了基于云理論的鐵路客票系統(tǒng)安全防護(hù)能力評(píng)估計(jì)算過(guò)程，該方法具有流程簡(jiǎn)單與評(píng)估結(jié)果直觀、可行性強(qiáng)、影響因素考慮全面等優(yōu)點(diǎn)，對(duì)提高鐵路客票系統(tǒng)的安全防護(hù)能力有很大的指導(dǎo)和借鑒意義，也為鐵路客票系統(tǒng)的安全防護(hù)能力評(píng)估提供了一套科學(xué)、客觀的方法。

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