任務(wù)關(guān)鍵系統(tǒng)生存性形式化建模與分析.pdf

1、隨著信息化時(shí)代的到來(lái)，各類任務(wù)關(guān)鍵系統(tǒng)得到了廣泛的應(yīng)用，這些系統(tǒng)提供的基本服務(wù)一旦中斷將給國(guó)民經(jīng)濟(jì)和人民生活帶來(lái)巨大的影響。傳統(tǒng)安全措施雖然提高了系統(tǒng)的安全性，但各種入侵事件還是不斷發(fā)生，為此必須考慮系統(tǒng)在入侵發(fā)生后仍能提供用戶滿意的服務(wù)，生存性是應(yīng)對(duì)一切攻擊、入侵和破壞的最佳途徑。 生存性研究的焦點(diǎn)在于保證系統(tǒng)在遭受攻擊、故障和意外事故后仍能及時(shí)完成其關(guān)鍵任務(wù)，研究涉及生存性設(shè)計(jì)和生存性分析兩大領(lǐng)域。其中，生存性分析，特別是量

2、化分析是一項(xiàng)重要的基礎(chǔ)工作，著重研究如何評(píng)價(jià)系統(tǒng)的生存性。目標(biāo)是提供一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)評(píng)方案，對(duì)系統(tǒng)生存性的現(xiàn)狀進(jìn)行評(píng)估，對(duì)生存性的變化趨勢(shì)進(jìn)行預(yù)測(cè)，進(jìn)而在理論上指導(dǎo)可生存系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。目前，生存性分析研究雖然取得了一些進(jìn)展，但整體上還沒(méi)有形成統(tǒng)一的分析規(guī)范，研究成果也較少考慮到在實(shí)際應(yīng)用中的可行性。本文針對(duì)這種情況，以生存性分析問(wèn)題為核心，對(duì)系統(tǒng)生存性建模及分析方法進(jìn)行深入研究。 首先，研究基于復(fù)合屬性的生存性指標(biāo)體系模型。從指

3、標(biāo)內(nèi)容、攻擊階段及測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)三個(gè)不同側(cè)面對(duì)生存性性能指標(biāo)進(jìn)行綜合分析，提出一種系統(tǒng)反映生存性的指標(biāo)體系，對(duì)其進(jìn)行形式化描述并抽象出相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型。在此基礎(chǔ)上，探討指標(biāo)體系在不同應(yīng)用場(chǎng)景下的簡(jiǎn)化與擴(kuò)展，結(jié)合實(shí)例說(shuō)明指標(biāo)體系在不確定型AHP—Fuzzy生存性評(píng)估方法中的具體使用，為系統(tǒng)生存性分析提供合理的依據(jù)。 其次，研究基于性能評(píng)估進(jìn)程代數(shù)的系統(tǒng)生存性形式化建模方法。剖析影響生存性的本質(zhì)特征，將服務(wù)請(qǐng)求與服務(wù)器、攻擊者與服務(wù)器描述為

4、不同的組件，從用戶服務(wù)請(qǐng)求和攻擊影響兩個(gè)角度分別構(gòu)建精確描述系統(tǒng)行為和性質(zhì)的生存性模型，并比較兩種建模角度的異同。對(duì)模型中參數(shù)的靈敏度進(jìn)行分析，使構(gòu)建的模型更加完善。性能分析結(jié)果表明，該模型能夠正確地反映出系統(tǒng)生存性的關(guān)鍵屬性，以此為基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)具體的生存性分析。 再次，研究基于概率模型檢測(cè)的系統(tǒng)生存性量化分析方法。將圖理論分析與數(shù)值求解、統(tǒng)計(jì)、仿真等技術(shù)相結(jié)合，面向具有隨機(jī)行為的連續(xù)時(shí)間馬爾可夫鏈系統(tǒng)概率模型，針對(duì)不同程度的攻擊故

5、障及系統(tǒng)服務(wù)水平，使用連續(xù)隨機(jī)邏輯建立生存性的形式化規(guī)約。借助概率模型檢測(cè)工具PRISM對(duì)模型進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析，以圖形化地形式表示出系統(tǒng)生存性自動(dòng)分析結(jié)果。仿真試驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了該方法在生存性量化分析中的合理性和有效性，可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)在不同環(huán)境下生存性的實(shí)時(shí)監(jiān)控。 最后，研究基于序列蒙特卡羅的系統(tǒng)生存性預(yù)測(cè)方法。建立系統(tǒng)動(dòng)態(tài)模型并獲取系統(tǒng)在當(dāng)前時(shí)刻生存性的先驗(yàn)PDF，然后在當(dāng)前時(shí)刻觀測(cè)值和觀測(cè)似然模型的基礎(chǔ)上，根據(jù)貝葉斯公式更新先驗(yàn)PDF