节点相关的隐马尔可夫模型的网络安全评估

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1、万方数据2010年12月第33卷第6期北京邮电大学学报JournalofBeijingUniversityofPostsandTelecommunicationsDec．20lOV01．33No．6文章编号：1007-5321(2010)06-0121-04节点相关的隐马尔可夫模型的网络安全评估龙门1，夏靖波1，张子阳2，郭戎潇1(1．空军工程大学电讯工程学院，西安710077；2．空军工程大学工程学院，西安710038)摘要：针对基于隐马尔可夫(HMM)的网络风险评估中未考虑网络节点相关性的问题，结合图论，建立节点关联(NNC

2、)状态转换矩阵，以入侵告警值(IDS)为输入，用改进的HMM模型计算出攻击路径．通过模型能进一步得到任意长度攻击序列的攻击成功率．实验结果证明，该方法简捷有效，有利于发现网络节点的脆弱性，掌握网络安全状况．关键词：隐马尔可夫模型；网络节点关联性；图论；网络安全中图分类号：TP393．08文献标志码：ANetworkSecurityAssessmentBasedOHNodeCorrelatedHMMLONGMenl，XIAJing—b01，ZHANGZi—yan92，GUORong．xia01(1．Telecommunic8tio

3、nEngineefingCollege，AirForceEngineeringUniversity，Xi’Bn710077，China；2．EngineeringCollege，AirForceEngineeringUniversity，Xi’an710038。China)Abstract：AimedattheproblemthatthenodecorrelationinnetworkisnotconsideredinhiddenMarkovmodel(HMM)networkriskassessment，combininggra

4、phtheorymodel，thenetworknodecorrelation(NNC)statetransitionmatrixisbuilt．Withtheintrusiondefectivesystem(IDS)alertasinput，usingmodifiedHMMmodeltheattackingrouteisfiguredout．Furthermore，thesuccessfulprobabilityofanyat-tackingsequencewithanylengthcanbegotaswell．Themeth

5、odcanhelptofindvulnerabilitiesofnet—worknodes，andreflectnetworkriskwell．Experimentdemonstratesthevalidityofit．Keywords：hiddenMarkovmodel；networknodecorrelation；graphtheory；networksecurity探寻一种科学、合理、实用的量化风险评估方法是当前网络安全领域研究的热点．其中，HMM作为一种典型的定量评估方法，为国内外众多学者所运用¨⋯．而单纯的基于HMM的

6、评估方法存在的最大问题就是忽视了网络节点之间的相互影响．张永铮博士提出了网络节点关联性(NNC)的分析方法，利用NNC可以将若干孤立的弱点联系起来，更准确地分析网络总体安全风险。“．笔者将NNC引入HMM，以图论的方式定义了状态转换矩阵，解决了HMM应用中普遍存在的忽视网络节点间相关联的问题．1基于节点关联性的图论模型1．1网络图论模型根据图论，将整个网络抽象为一个有向图G=(y，{R})，其中顶点表示各网络节点，如服务器、PC主机以及路由器等，y为顶点的有限非空集合；有向弧连接了具有访问关系的相邻顶点，尺为2个顶点之间的关系集

7、合渖o．如图1所示，V={口，b，c，d}，R={，，，，，}．参照网络节点关联性的定义¨。，将各节点间的关联性NNC表示为一个有序五元组，收稿日期：2010_01-21基金项目：陕西省自然科学基金项目(2009JM8001．1)；军队武器装备科研项目作者简介：龙门(1982一)，女，博士生，E-mail：betty506@tom．corn；夏靖渡(1963一)，男，教授，博士生导师万方数据北京邮电大学学报第33卷图1网络图论模型示例A、曰分别表示2个节点，i、

8、．『分别表示A、B节点上的用户、操作系统、应用程序或服务等主体，P表示利用该NNC进行攻击成功的概率，即攻击从A节点成功入侵B节点的概率，本文称之为节点间的入侵概率，主要与2个节点间的连通性有关．如图1所示，结合图论，有A、B∈V，∈R，∈R