專利名稱：一種狀態(tài)攻防圖模型的網(wǎng)絡安全攻擊防御方法
技術領域：
本發(fā)明涉及的是網(wǎng)絡安全領域的攻擊防御技術，具體地說是一種狀態(tài)攻防圖模型的網(wǎng)絡安全攻擊防御方法。
背景技術：
隨著網(wǎng)絡攻擊技術的多樣化、協(xié)同化和智能化的發(fā)展，多步驟的組合滲透攻擊成為威脅網(wǎng)絡安全的主要形式。為了保證網(wǎng)絡系統(tǒng)的安全性和健壯性，網(wǎng)絡安全攻擊防御技術漸漸成為研究的熱點。狀態(tài)攻擊圖是一種基于模型的脆弱性分析方法。在綜合分析多種網(wǎng)絡配置和脆弱性信息的基礎上，以面向攻擊的方式分別對目標網(wǎng)絡和攻擊者建模，發(fā)現(xiàn)脆弱點之間的關系，枚舉攻擊者利用目標網(wǎng)絡內(nèi)不同脆弱點逐步實施攻擊的路徑，最終整合形成簡潔、完備的網(wǎng)絡攻擊圖。從而幫助防御者直觀地理解目標網(wǎng)絡內(nèi)各個脆弱性之間的關系以及由此產(chǎn)生的潛在威脅。Dantu等人利用狀態(tài)攻擊圖對網(wǎng)絡的脆弱性進行建模，然后給攻擊圖中每個節(jié)點分配一個概率值來描述攻擊發(fā)生的可能性(R.Dantu, K.Loper, P.Kolan.RiskManagement Using Behavior Based Attack Graphs [C].1n: Proceedings IntJI Conf.1nformation Technology: Coding and Computing, 2004: 445-449.)。姜偉等人從防御者的角度提出了網(wǎng)絡防御圖模型和基于上述模型的最優(yōu)主動防御選取算法(姜偉，方濱興，田志宏等.基于攻防博弈模型的網(wǎng)絡安全測評和最優(yōu)主動防御[J].計算機學報.2009，32(4):817-827.)。Sommestad等人提出一個網(wǎng)絡安全評估框架，該框架利用貝葉斯統(tǒng)計計算攻擊成功概率和損失，從而建立攻擊圖和相應防御措施(T.Sommestad, M.Ekstedt,P.Johnson.Cyber Security Risks Assessment with Bayesian Defense Graphsand Architectural Models [C].Proceedings of the 42nd Hawaii InternationalConference on System Sciences, 2009:1-10.X本發(fā)明對上述狀態(tài)攻擊圖進行了擴展，提出了一種狀態(tài)攻防圖模型，從攻擊者和防御者的角度設計了一種狀態(tài)攻防圖模型的網(wǎng)絡安全攻擊防御方法。該方法引入脆弱點信度的概念，結合安全脆弱點評估系統(tǒng)(Common Vulnerability Scoring System,簡稱CVSS)，計算原子攻擊成功發(fā)生的概率和危害指數(shù)，進而得出最易發(fā)生和危害指數(shù)最大的攻擊路徑。根據(jù)CVSS中各脆弱點的防控措施，生成網(wǎng)絡安全攻擊防御方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對如何防御網(wǎng)絡系統(tǒng)攻擊而提出的一種狀態(tài)攻防圖模型的網(wǎng)絡安全攻擊防御方法，該方法利用狀態(tài)攻防圖模型對網(wǎng)絡系統(tǒng)的攻防場景建模，然后計算原子攻擊成功的概率和危害指數(shù)，找出最易發(fā)生的網(wǎng)絡攻擊路徑和危害最大的網(wǎng)絡攻擊路徑，再結合脆弱點防控措施，生成防御策略，從而降低網(wǎng)絡系統(tǒng)的安全風險。本發(fā)明的技術方案是:一種狀態(tài)攻防圖模型的網(wǎng)絡安全攻擊防御方法，它包括以下步驟:
第一步，根據(jù)網(wǎng)絡拓撲中所有主機節(jié)點的連通性構建可達矩陣；
第二步，利用脆弱點掃描工具Nessus、ISS和SARA，對網(wǎng)絡中的各主機節(jié)點進行掃描，得到各主機節(jié)點的脆弱點集合；
第三步，根據(jù)各主機節(jié)點的脆弱點集合和各脆弱點的利用規(guī)則構建狀態(tài)攻防圖；第四步,結合安全脆弱點評估系統(tǒng)(Common Vulnerability Scoring System, CVSS),計算狀態(tài)攻防圖中各原子攻擊的成功概率和危害指數(shù)，其中原子攻擊成功的概率計算公式為:
權利要求
1.一種狀態(tài)攻防圖模型的網(wǎng)絡安全攻擊防御方法，其特征在于包括以下步驟: 第一步，根據(jù)網(wǎng)絡拓撲中所有主機節(jié)點的連通性構建可達矩陣； 第二步，利用脆弱點掃描工具Nessus、ISS和SARA，對網(wǎng)絡中的各主機節(jié)點進行掃描，得到各主機節(jié)點的脆弱點集合； 第三步，根據(jù)各主機節(jié)點的脆弱點集合和各脆弱點的利用規(guī)則構建狀態(tài)攻防圖；第四步，結合安全脆弱點評估系統(tǒng)CVSS，計算狀態(tài)攻防圖中各原子攻擊的成功概率和危害指數(shù)； 第五步，計算狀態(tài)攻防圖中所有攻擊路徑的成功概率和危害指數(shù)； 第六步，針對每個網(wǎng)絡安全狀態(tài)，得出最易到達該狀態(tài)的攻擊路徑和到達該狀態(tài)時危咅指數(shù)最大的攻擊路徑； 第七步，針對上述兩種攻擊路徑，結合脆弱點防控措施，制定防御策略。
2.根據(jù)權利要求1所述的狀態(tài)攻防圖模型的網(wǎng)絡安全攻擊防御方法，其特征在于:所述的第三步中，狀態(tài)攻防圖為一個狀態(tài)轉換系統(tǒng)圖， 其中，S是圖中的狀態(tài)節(jié)點集，表示網(wǎng)絡安全狀態(tài)；reSxS是圖中邊集，表示網(wǎng)絡安全狀態(tài)的變遷關系，每條邊代表一個原子攻擊是網(wǎng)絡初始狀態(tài)，是攻擊者目標狀態(tài)集合；所述的狀態(tài)節(jié)點用表示，其中AoslM是該網(wǎng)絡安全狀態(tài)下安全要素發(fā)生變化的主機節(jié)點名稱是到達該狀態(tài)節(jié)點時攻擊者獲得主機ftoalM上的權限；所述的狀態(tài)變遷用5示；其中IM是狀態(tài) 變遷編號ν 是該原子攻擊所利用的脆弱點編號，r是原子攻擊成功發(fā)生后造成的危害，/7是原子攻擊成功發(fā)生的概率，V是防御原子攻擊發(fā)生的防御措施。
3.根據(jù)權利要求1所述的狀態(tài)攻防圖模型的網(wǎng)絡安全攻擊防御方法，其特征在于:所述的第四步中，所述的原子攻擊，其利用一個脆弱點所發(fā)起的攻擊，結合CVSS，其成功概率采用脆弱點的信度和其被利用的難易程度來表示，即:P R^iabd^yx Εψ ο ^ ^γ = 2xAccessCkm^dexityx； 所述的危害指數(shù)由機密性危害指數(shù)、完整性危害指數(shù)和可用性指數(shù)來表示，即:
4.根據(jù)權利要求1所述的狀態(tài)攻防圖模型的網(wǎng)絡安全攻擊防御方法，其特征在于:所述的第五步中，攻擊路徑用三元纟11 (srO host^dst hast^sequeiTce)表示，其中jn:—ftcwi是發(fā)起攻擊的主機節(jié)點名稱，是遭受攻擊的主機節(jié)點名稱，JJefUWice是此次攻擊的攻擊序列，sequence =丄4 T1 -^r2 + 4114O,其中‘丄是該序列的起始標識符，“O ’是該序列的結束標示符，OeSc , TfeT(l<i<￡)是原子攻擊，Ti是如的直接前驅，Tm是A的直接后繼。
5.根據(jù)權利要求1所述的狀態(tài)攻防圖模型的網(wǎng)絡安全攻擊防御方法，其特征在于:所述的第三步中，狀態(tài)攻防圖的構建算法步驟如下: 第一步，算法輸入網(wǎng)絡拓撲可達矩陣RM、各主機節(jié)點的脆弱點集合VS、各脆弱點的利用規(guī)則IB和網(wǎng)絡初始安全狀態(tài)S。； 第二步，將網(wǎng)絡初始安全狀態(tài)節(jié)點S。加入狀態(tài)隊列中，標記為“未遍歷”，state_queue={ s0}； 第三步，如果狀態(tài)隊列還有未遍歷的狀態(tài)節(jié)點，獲取未遍歷的狀態(tài)節(jié)點，從可達矩陣RM中獲取該狀態(tài)節(jié)點對應主機可到達的主機節(jié)點集合reachable_hostids，將該狀態(tài)節(jié)點標記為“已遍歷”，轉第四步；否則，轉第九步； 第四步，針對第三步得到的主機節(jié)點集合reachable_hostids,若reachable_hostids中有未遍歷的主機節(jié)點，轉第五步；否則，轉第三步； 第五步，在reachable_hostids集合中，獲取下一個未遍歷的主機節(jié)點，得到該主機節(jié)點的脆弱點集合vuls ;如果vuls中還有未遍歷的脆弱點,轉第六步；否則，轉第四步；第六步，在vuls集合中，獲取下一個未被遍歷的脆弱點vul，若脆弱點被利用的條件滿足，且利用后的網(wǎng)絡狀態(tài)不在狀態(tài)隊列中，轉第七步；若脆弱點被利用的條件滿足但利用后的網(wǎng)絡狀態(tài)已存在狀態(tài)隊列中，轉第八步； 第七步，就生成一個新的狀態(tài)節(jié)點，并生成一個當前狀態(tài)節(jié)點到新狀態(tài)節(jié)點的狀態(tài)變遷，同時將新狀態(tài)節(jié)點加入狀態(tài)隊列中，并標記為“未遍歷”，轉第六步； 第八步，則只生成一個從當前狀態(tài)節(jié)點到舊狀態(tài)節(jié)點的一個變遷，轉第六步； 第九步，根據(jù)狀態(tài)變遷 關系構建一個完整的狀態(tài)攻防圖，結束。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種狀態(tài)攻防圖模型的網(wǎng)絡安全攻擊防御方法，屬于網(wǎng)絡安全攻擊防御技術領域。該方法利用狀態(tài)攻防圖模型對網(wǎng)絡系統(tǒng)的攻防場景建模，然后計算原子攻擊成功的概率和危害指數(shù)，找出最易發(fā)生的網(wǎng)絡攻擊路徑和危害最大的網(wǎng)絡攻擊路徑，再結合脆弱點防控措施，生成防御策略，從而降低網(wǎng)絡系統(tǒng)的安全風險。本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，其顯著優(yōu)點(1)將攻擊場景通過狀態(tài)攻防圖建模，能很直觀、清晰地描述網(wǎng)絡系統(tǒng)中各脆弱點和攻擊信息；(2)對攻擊的概率和危害做出量化，可的明確得到最易發(fā)生的攻擊和危害最大的攻擊，進而幫助網(wǎng)絡管理人員有針對性的采取防御措施。
文檔編號H04L29/06GK103139220SQ201310071930
公開日2013年6月5日 申請日期2013年3月7日 優(yōu)先權日2013年3月7日
發(fā)明者李千目, 劉剛, 申明磊, 姚曉蓮, 戚湧, 侯君 申請人:南京理工大學常熟研究院有限公司