论文题目：铁路信号安全数据网信息安全防护策略研究
摘要：铁路信号安全数据网是列车运行控制系统安全信息传输的承载网络,为列车在高速度、高密度条件下安全、高效运行提供重要保障,其受到信息安全攻击时可能引起设备功能失效甚至导致安全事故,网络的可靠性和安全性与行车安全直接相关。随着计算机通用技术的应用,其面临的信息安全问题愈发严峻且后果严重,针对信号安全数据网的信息安全防护研究具有重要意义。本文以铁路信号安全数据网为研究对象,针对信息安全防护策略开展研究。分析铁路信号安全数据网网络拓扑、运营特点、安全需求,进行铁路信号安全数据网信息安全动态风险评估,利用多目标优化技术对组合式防护策略进行分析,考虑到防护措施实施后攻击者的攻击策略选择倾向可能发生变化,从攻防博弈角度研究信息安全防护决策方法。本文主要包括以下三部分研究内容:1、基于贝叶斯推理的铁路信号安全数据网信息安全动态风险评估。分析设备漏洞、权限及多步攻击间的逻辑关系与影响传播途径,结合原子攻击的不确定性建立扩展贝叶斯攻击图模型;建模量化检测设备告警与攻击行为的关联关系,将实时告警信息作为证据进行事故发生概率的动态推理;最后结合事故的功能安全影响得到系统风险。2、基于多目标优化的铁路信号安全数据网组合式防护分析。结合扩展贝叶斯攻防图研究不同防护措施组合对系统风险的影响,将防护前后的风险差值作为防护策略的收益。从防护策略经济成本、策略实施对系统性能的影响、防护设备故障对功能安全的影响等方面进行防护成本评估。综合多方面因素建立防护策略多目标评价模型,通过多目标优化问题的求解得到最优防护策略集合。3、基于攻防博弈的铁路信号安全数据网信息安全防护决策。结合扩展贝叶斯攻防图建立攻防博弈模型,分析攻击者策略选择影响因素并研究攻击策略成本及收益的评价指标与量化方法;通过组合式防护策略分析中的防护策略评价指标函数,结合专家知识评估防护策略成本及收益;求解攻防博弈混合策略均衡状态并得出最优防护策略选取方案。本文所述方法能够根据扩展贝叶斯攻击图模型对信号安全数据网信息安全的攻击、检测及防护行为不确定性及关联关系进行建模,对系统信息安全现状进行有效的、准确地动态评估;在此基础上,通过多目标优化模型在防护措施组合成本限制的条件下最有效地降低信息安全风险;最后在攻防博弈模型的基础上有效寻求了网络攻击者及防护者双方残余风险与攻击开销的最佳平衡;仿真实验结果表明了所述方法的科学性及有效性,可以为铁路信号安全数据网信息安全防护策略提供理论参考及有力支撑。图50幅,表25个,参考文献78篇。
关键词：铁路信号安全数据网;信息安全防护;风险评估;策略决策;攻防博弈
学科专业：交通信息工程及控制
致谢
摘要
ABSTRACT
1 引言
1.1 研究背景及意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 铁路信号安全数据网信息安全现状
1.2.2 信息安全风险评估研究现状
1.2.3 防护方案决策方法研究现状
1.3 本文主要研究内容及章节安排
2 铁路信号安全数据网信息安全动态风险评估
2.1 扩展贝叶斯攻击图模型
2.2 扩展贝叶斯攻击图概率计算
2.3 铁路信号安全数据网动态风险评估方法
2.3.1 整体评估流程
2.3.2 系统动态风险推理方法
2.4 本章小结
3 铁路信号安全数据网组合式防护分析
3.1 扩展贝叶斯攻防图
3.1.1 扩展贝叶斯攻防图模型定义
3.1.2 防护操作概率计算
3.2 防护操作成本及收益量化
3.2.1 防护成本量化
3.2.2 防护收益量化
3.3 基于NSGA-II的最优安全防护策略选择算法
3.3.1 防护策略选择问题描述
3.3.2 防护策略多目标优化求解
3.4 本章小结
4 铁路信号安全数据网信息安全防护决策
4.1 攻防博弈研究
4.1.1 博弈论定义及基本组成
4.1.2 攻防博弈特征
4.2 铁路信号安全数据网完全理性攻防博弈模型
4.2.1 铁路信号安全数据网完全理性攻防博弈模型
4.2.2 基于完全理性攻防博弈的最优化防护策略求解
4.3 铁路信号安全数据网攻防演化博弈分析
4.3.1 铁路信号安全数据网攻防演化博弈模型
4.3.2 演化稳定均衡策略求解
4.4 本章小结
5 仿真与验证
5.1 铁路信号安全数据网信息安全风险动态评估
5.1.1 仿真环境介绍
5.1.2 仿真网络扩展贝叶斯攻击图模型
5.1.3 动态风险评估仿真实验结果及分析
5.2 铁路信号安全数据网组合式防护策略分析
5.2.1 单个防护措施防护效果验证实验
5.2.2 铁路信号安全数据网扩展贝叶斯攻防图模型
5.2.3 基于多目标优化的组合式防护策略分析
5.3 基于攻防博弈的铁路信号安全数据网防护决策分析
5.3.1 铁路信号安全数据网攻防博弈实验环境
5.3.2 完全理性攻防博弈模型及决策研究
5.3.3 演化博弈模型及决策研究
5.4 本章小结
6 结论与展望
6.1 结论
6.2 展望
参考文献
图索引
表索引