本發(fā)明涉及網(wǎng)絡(luò)攻擊技術(shù)，特別是涉及一種基于狀態(tài)轉(zhuǎn)移網(wǎng)絡(luò)攻擊模型的攻擊圖生成方法。

背景技術(shù)：

網(wǎng)絡(luò)的安全影響因素是多方面、多角度的，網(wǎng)絡(luò)中存在的弱點(diǎn)以及其脆弱性是影響其安全性的重要性因素之一。攻擊者針對(duì)網(wǎng)絡(luò)中弱點(diǎn)的攻擊其實(shí)是根據(jù)網(wǎng)絡(luò)中的弱點(diǎn)信息以及目標(biāo)信息，通過(guò)某種手段發(fā)動(dòng)攻擊來(lái)達(dá)到獲取重要信息或提升操作權(quán)限的目的。同時(shí)，攻擊者的能力、經(jīng)驗(yàn)與其支配環(huán)境決定他的攻擊成功概率。所以，針對(duì)弱點(diǎn)的攻擊通常也是一種復(fù)雜的多步驟過(guò)程，一次完整的攻擊過(guò)程一般會(huì)包括一系列單獨(dú)的攻擊行為，這些單獨(dú)的攻擊行為發(fā)生在不同的網(wǎng)絡(luò)部分卻又相互關(guān)聯(lián)。

因此，如何合理的描述相互關(guān)聯(lián)的攻擊行為，已成為網(wǎng)絡(luò)安全領(lǐng)域的一大研究熱點(diǎn)。近年來(lái)，網(wǎng)絡(luò)安全大都由傳統(tǒng)的被動(dòng)防御轉(zhuǎn)向主動(dòng)防御，針對(duì)目前主動(dòng)防御的方法模型主要有：攻擊描述語(yǔ)言、攻擊樹(shù)、攻擊圖、攻擊網(wǎng)。

坎寧安(Cunningham)最早提出攻擊圖模型，其認(rèn)為網(wǎng)絡(luò)由通過(guò)物理或邏輯方式連接的各種組件組成，攻擊圖中的有向邊表示攻擊需要付出的代價(jià)，攻擊者通過(guò)攻擊網(wǎng)絡(luò)組件提升權(quán)限獲取收益。

里奇(Ritchey)等人提出了能夠自動(dòng)生成攻擊圖的模型檢測(cè)器方法，雖然該方法能夠自動(dòng)生成攻擊圖，但由于模型中包含所有的狀態(tài)，這極易導(dǎo)致?tīng)顟B(tài)爆炸問(wèn)題而不適應(yīng)于大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)。

達(dá)蓬曼(DapengMan)的基于寬度優(yōu)先搜索的全局攻擊圖生成算法通過(guò)設(shè)置閾值來(lái)減小攻擊圖規(guī)模，該方法雖然可以減小攻擊圖規(guī)模，但由于寬度優(yōu)先具有一定的局限性，該方法生成的攻擊圖也不宜適用大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)。

前輩專家們的研究在相關(guān)領(lǐng)域都取得了相當(dāng)?shù)某删?，但是在攻擊圖建模過(guò)程中，選取的約束條件不同以及在量化指標(biāo)上的側(cè)重點(diǎn)不同，產(chǎn)生的攻擊圖也有所差異。同時(shí)，攻擊圖中冗余路徑不可避免的存在，不僅增加了攻擊圖的規(guī)模也影響反映現(xiàn)實(shí)網(wǎng)絡(luò)的客觀性和準(zhǔn)確性。所以，消除冗余路徑、減小攻擊圖規(guī)模是解決大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)需求的必然選擇。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種規(guī)模小、速度快、直觀性強(qiáng)、準(zhǔn)確性高的攻擊圖生成方法。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提出的技術(shù)方案為：

本發(fā)明提供一種基于狀態(tài)轉(zhuǎn)移網(wǎng)絡(luò)攻擊模型的攻擊圖生成方法，包括：

步驟1、針對(duì)攻擊者欲攻擊的網(wǎng)絡(luò)建立網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)節(jié)點(diǎn)隊(duì)列，將網(wǎng)絡(luò)中的源節(jié)點(diǎn)加入到所述網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)節(jié)點(diǎn)隊(duì)列，并將所述源節(jié)點(diǎn)加入到所述攻擊圖中；

步驟2、在所述網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)節(jié)點(diǎn)隊(duì)列非空時(shí)，從所述網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)節(jié)點(diǎn)隊(duì)列中取出一個(gè)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)節(jié)點(diǎn)作為當(dāng)前節(jié)點(diǎn)，判斷所述當(dāng)前節(jié)點(diǎn)是否為目標(biāo)節(jié)點(diǎn)；

步驟3、當(dāng)所述當(dāng)前節(jié)點(diǎn)不是目標(biāo)節(jié)點(diǎn)時(shí)，判斷所述當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的攻擊深度和攻擊花費(fèi)是否在預(yù)先設(shè)定的最大攻擊深度和最大攻擊花費(fèi)范圍內(nèi)，所述攻擊花費(fèi)Cost為：

式中：n表示從源節(jié)點(diǎn)到所述被攻擊節(jié)點(diǎn)j整個(gè)攻擊路徑上的節(jié)點(diǎn)數(shù)、

^pejL表示利用被攻擊節(jié)點(diǎn)j上的訪問(wèn)權(quán)限最大的攻擊弱點(diǎn)成功攻擊所述被攻擊節(jié)點(diǎn)j時(shí)的花費(fèi)，0＜l＜u，u為所述被攻擊節(jié)點(diǎn)j上的弱點(diǎn)總數(shù)、

表示所述花費(fèi)中攻擊復(fù)雜度值和被發(fā)現(xiàn)的風(fēng)險(xiǎn)值的相關(guān)性系數(shù)、

K(0＜K＜1)表示攻擊過(guò)程對(duì)攻擊者經(jīng)驗(yàn)的依賴系數(shù)，其值由專家經(jīng)驗(yàn)決定、

time表示從源節(jié)點(diǎn)到被攻擊節(jié)點(diǎn)j的攻擊過(guò)程中相似攻擊的重復(fù)次數(shù)、

ξ表示網(wǎng)絡(luò)緊致系數(shù)，該系數(shù)反映網(wǎng)絡(luò)的魯棒性，其值由專家經(jīng)驗(yàn)決定；

步驟4、當(dāng)所述當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的攻擊深度和攻擊花費(fèi)在所述最大攻擊深度和最大攻擊花費(fèi)范圍內(nèi)時(shí)，查找所有與所述當(dāng)前節(jié)點(diǎn)有連接關(guān)系的其他狀態(tài)節(jié)點(diǎn)；

步驟5、遍歷查找所述其他狀態(tài)節(jié)點(diǎn)上的所有弱點(diǎn)，若從所述當(dāng)前節(jié)點(diǎn)到所述其他狀態(tài)節(jié)點(diǎn)上的弱點(diǎn)的攻擊可達(dá)，則生成新的狀態(tài)節(jié)點(diǎn)，將所述新的狀態(tài)節(jié)點(diǎn)加入到所述網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)隊(duì)列，并將滿足預(yù)設(shè)條件的所述新的狀態(tài)節(jié)點(diǎn)加入到所述攻擊圖中；

步驟6、循環(huán)執(zhí)行所述步驟2-5，直到所述網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)節(jié)點(diǎn)隊(duì)列為空時(shí)結(jié)束循環(huán)，并生成所述攻擊圖。

基于上述攻擊圖生成方法的技術(shù)方案，所述相關(guān)性系數(shù)為：

式中：P_A為所述花費(fèi)中的攻擊復(fù)雜度值、

P_D為所述花費(fèi)中的被發(fā)現(xiàn)的風(fēng)險(xiǎn)值、

M為獲取所述攻擊復(fù)雜度值和所述被發(fā)現(xiàn)的風(fēng)險(xiǎn)值的概率統(tǒng)計(jì)次數(shù)。

具體而言，在所述步驟1所建立的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)節(jié)點(diǎn)隊(duì)列中，每個(gè)當(dāng)前節(jié)點(diǎn)包括以下屬性：

當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)ID、

與當(dāng)前節(jié)點(diǎn)有連接關(guān)系的其他狀態(tài)節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)ID、

所述其他狀態(tài)節(jié)點(diǎn)上的弱點(diǎn)編號(hào)、

攻擊者對(duì)所述當(dāng)前節(jié)點(diǎn)和所述其他狀態(tài)節(jié)點(diǎn)的訪問(wèn)權(quán)限、

所述當(dāng)前節(jié)點(diǎn)與所述其他狀態(tài)節(jié)點(diǎn)之間的連接關(guān)系、

所述其他狀態(tài)節(jié)點(diǎn)上開(kāi)放的服務(wù)、

所述當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的攻擊深度和攻擊花費(fèi)。

在所述步驟2中，依據(jù)所述當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)ID判斷所述當(dāng)前節(jié)點(diǎn)是否為目標(biāo)節(jié)點(diǎn)，當(dāng)判斷所述當(dāng)前節(jié)點(diǎn)是目標(biāo)節(jié)點(diǎn)時(shí)，所述方法結(jié)束。

在所述步驟3中，當(dāng)所述當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的攻擊深度超出所述最大攻擊深度的范圍、和/或當(dāng)所述當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的攻擊花費(fèi)超出所述最大攻擊花費(fèi)的范圍時(shí)，所述步驟3結(jié)束。

在所述步驟4中，根據(jù)所述當(dāng)前節(jié)點(diǎn)與所述其他狀態(tài)節(jié)點(diǎn)之間的網(wǎng)絡(luò)連接關(guān)系，查找所有與所述當(dāng)前節(jié)點(diǎn)有連接關(guān)系的其他狀態(tài)節(jié)點(diǎn)。

在所述步驟5中，將滿足預(yù)設(shè)條件的所述新的狀態(tài)節(jié)點(diǎn)加入到所述攻擊圖中包括：

計(jì)算所述新的狀態(tài)節(jié)點(diǎn)的攻擊深度，所述新的狀態(tài)節(jié)點(diǎn)的攻擊深度為在所述當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的攻擊深度上加1；

判斷所述網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)隊(duì)列中是否存儲(chǔ)過(guò)所述新的狀態(tài)節(jié)點(diǎn)；

若之前沒(méi)有存儲(chǔ)過(guò)，則將所述新的狀態(tài)節(jié)點(diǎn)加入到所述攻擊圖中；

若之前存儲(chǔ)過(guò)，則判斷所述新的狀態(tài)節(jié)點(diǎn)的攻擊深度是否等于之前存儲(chǔ)過(guò)的所述新的狀態(tài)節(jié)點(diǎn)的攻擊深度，若等于則將所述新的狀態(tài)節(jié)點(diǎn)加入到所述攻擊圖中。

在所述步驟5中，若從所述當(dāng)前節(jié)點(diǎn)到一個(gè)所述其他狀態(tài)節(jié)點(diǎn)上的至少兩個(gè)弱點(diǎn)的攻擊可達(dá)，且所述至少兩個(gè)弱點(diǎn)的弱點(diǎn)攻擊后果均為獲得該一個(gè)所述其他狀態(tài)節(jié)點(diǎn)的控制權(quán)限時(shí)，按能夠獲得的最高控制權(quán)限生成所述新的狀態(tài)節(jié)點(diǎn)。

綜上所述，本發(fā)明所述的基于狀態(tài)轉(zhuǎn)移網(wǎng)絡(luò)攻擊模型的攻擊圖生成方法，在計(jì)算攻擊花費(fèi)時(shí)，不僅考慮了攻擊復(fù)雜度值A(chǔ)cx和被發(fā)現(xiàn)的風(fēng)險(xiǎn)值Dsk，而且考慮了Acx和Dsk之間的相關(guān)性，提高了攻擊圖生成的準(zhǔn)確性。此外，通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)，應(yīng)用本發(fā)明實(shí)施例得出的攻擊圖較改進(jìn)前的攻擊圖更加簡(jiǎn)潔，并且通過(guò)統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，所述攻擊花費(fèi)的計(jì)算值更接近實(shí)際攻擊者的付出。因此，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種規(guī)模小、速度快、直觀性強(qiáng)、準(zhǔn)確性高的攻擊圖生成方法。

附圖說(shuō)明

圖1是一種基于狀態(tài)轉(zhuǎn)移的網(wǎng)絡(luò)攻擊模型(NST模型)；

圖2為一個(gè)獲取新的權(quán)限的弱點(diǎn)攻擊的具體實(shí)例；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例中基于狀態(tài)轉(zhuǎn)移網(wǎng)絡(luò)攻擊模型的攻擊圖生成方法的示意圖。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。

圖1是一種基于狀態(tài)轉(zhuǎn)移的網(wǎng)絡(luò)攻擊模型(NST模型)。NST模型可用一個(gè)二元組表示，即NST＝(NS，AR)。其中，NS為組成模型的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)集合，AR為攻擊行為規(guī)則集合。

網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)集合NS用如下三元組表示：NS＝(Hd，Nl，Crol)。

Hd為網(wǎng)絡(luò)中主機(jī)，即Hd＝(hostid，os，sers，v)。hostid是區(qū)別網(wǎng)絡(luò)中主機(jī)的唯一標(biāo)識(shí)符，可以用IP地址來(lái)表示；os是主機(jī)上運(yùn)行的操作系統(tǒng)的版本信息；sers表示主機(jī)的開(kāi)放服務(wù)，可用端口號(hào)來(lái)表示；v表示主機(jī)上的弱點(diǎn)列表，弱點(diǎn)包含操作系統(tǒng)的弱點(diǎn)、主機(jī)所安裝的軟件弱點(diǎn)或其他一些錯(cuò)誤配置信息等。

Nl為網(wǎng)絡(luò)連接關(guān)系，即NL＝(src，dst，conn_pro)。src表示源主機(jī)；dst表示目的主機(jī)；conn_pro表示用于連接主機(jī)間的協(xié)議或端口。若二者不存在連接關(guān)系時(shí)，conn_pro＝null，當(dāng)二者為同一主機(jī)時(shí)，conn_pro＝localhost。

Crol為攻擊者擁有對(duì)主機(jī)的控制權(quán)限。本NST模型中將控制權(quán)限按照從大到小的順序分為三級(jí)：系統(tǒng)管理員root；普通系統(tǒng)用戶user；遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)的訪問(wèn)者access。

攻擊行為規(guī)則AR用如下二元組表示：AR＝(V_A，Cost)，V_A＝(A_P，t，A_S)，Cost＝(Acx，Dsk)。

A_P表示利用弱點(diǎn)進(jìn)行弱點(diǎn)攻擊必須滿足的前提條件集合，即A_P＝(src_access，conn_pro，dst_sers，dst_v)。src_access表示攻擊者在攻擊源主機(jī)上至少應(yīng)具有最低訪問(wèn)權(quán)限；conn_pro表示源主機(jī)與目的主機(jī)之間應(yīng)滿足的連接關(guān)系，保證攻擊的可達(dá)性；dst_sers表示攻擊者在目的主機(jī)上可獲得的目的主機(jī)上開(kāi)放的服務(wù)，保證弱點(diǎn)攻擊依賴的服務(wù)的可用性；dst_v表示目的主機(jī)上相應(yīng)的弱點(diǎn)。弱點(diǎn)攻擊必須滿足的前提條件集中各個(gè)對(duì)象的邏輯關(guān)系：當(dāng)且僅當(dāng)所有對(duì)象均存在且滿足要求時(shí)，弱點(diǎn)攻擊V_A才能發(fā)生。

在NST模型中，弱點(diǎn)泛指計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的計(jì)算機(jī)硬件和軟件等存在的安全技術(shù)缺陷或管理上存在的策略缺陷。弱點(diǎn)集合元素v_i指操作系統(tǒng)上的弱點(diǎn)項(xiàng)、主機(jī)所安裝的軟件弱點(diǎn)和其他一些錯(cuò)誤配置信息，該弱點(diǎn)項(xiàng)能夠被攻擊者利用，威脅網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)安全。

A_S表示攻擊行為導(dǎo)致的后果集合，即A_S＝(rslt_access，rslt_conn，rslt_vs)。rslt_access表示當(dāng)成功攻擊后，攻擊者在當(dāng)前被攻擊主機(jī)上獲得的訪問(wèn)權(quán)限；rslt_conn表示當(dāng)成功攻擊后，網(wǎng)絡(luò)連接關(guān)系的改變；rslt_vs則表示當(dāng)成功攻擊后所增加的弱點(diǎn)。弱點(diǎn)攻擊導(dǎo)致的后果集合中各個(gè)對(duì)象的邏輯關(guān)系：弱點(diǎn)攻擊V_A發(fā)生后，攻擊行為導(dǎo)致的后果集合可以是獲得新的權(quán)限、增加新的連接關(guān)系或者是獲取新的弱點(diǎn)。一次攻擊發(fā)生后導(dǎo)致的后果可以是它們其中的一個(gè)或者多個(gè)。

t表示狀態(tài)變遷，它表示弱點(diǎn)攻擊后的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的一次改變，可以是獲得新的權(quán)限的過(guò)程、增加新的連接關(guān)系的過(guò)程、或者是獲取新的弱點(diǎn)的過(guò)程。

圖2為一個(gè)獲取新的權(quán)限的弱點(diǎn)攻擊的具體實(shí)例，具體為，攻擊者從所控制的主機(jī)H1出發(fā)，利用主機(jī)H2上的IIS Web服務(wù)中的一個(gè)漏洞(CVE2016-1194)，獲取主機(jī)H2的Root權(quán)限。該弱點(diǎn)攻擊應(yīng)滿足4個(gè)前提條件：(1)攻擊者在源主機(jī)H1的權(quán)限至少為User(即U_H1)；(2)主機(jī)H1可以訪問(wèn)主機(jī)H2的Http服務(wù)(即Http_H1_H2)；(3)主機(jī)H2上的IIS Web服務(wù)正在運(yùn)行(即Web_H2)；(4)主機(jī)H2上的IIS Web服務(wù)存在一個(gè)編號(hào)為CVE 2016-1194的漏洞(即V₁₁₉₄)。只有當(dāng)以上4個(gè)條件都滿足時(shí)，攻擊者才可能成功地從主機(jī)H1上發(fā)起對(duì)主機(jī)H2的攻擊(即V₁₁₉₄_H1_H2)，攻擊結(jié)果是：攻擊者可能獲得了主機(jī)H2上的Root權(quán)限(即R_H2)。

攻擊者成功攻擊被攻擊主機(jī)花費(fèi)的代價(jià)，記為Cost，可用一個(gè)二元組表示，即Cost＝(Acx，Dsk)

Acx表示攻擊復(fù)雜度值，本文將弱點(diǎn)被成功利用的難易度的概率統(tǒng)計(jì)值，作為反映一次成功攻擊的量化指標(biāo)。這個(gè)概率統(tǒng)計(jì)值稱為攻擊復(fù)雜度值，記為Acx。根據(jù)調(diào)查統(tǒng)計(jì)，研究人員通過(guò)對(duì)大量安全事件的分析發(fā)現(xiàn)弱點(diǎn)的發(fā)掘利用周期和攻擊復(fù)雜度值A(chǔ)cx之間存在一種映射關(guān)系，通過(guò)這種映射關(guān)系能夠表達(dá)出各個(gè)弱點(diǎn)在攻擊復(fù)雜度值A(chǔ)cx上的差異。表1為弱點(diǎn)攻擊復(fù)雜度值A(chǔ)cx的量化表。

表1 弱點(diǎn)Acx量化表

Dsk表示被發(fā)現(xiàn)的風(fēng)險(xiǎn)值，本文將針對(duì)弱點(diǎn)攻擊時(shí)，行為被發(fā)現(xiàn)的概率統(tǒng)計(jì)值作為反映攻擊失敗的量化指標(biāo)。這個(gè)概率統(tǒng)計(jì)值稱為被發(fā)現(xiàn)的風(fēng)險(xiǎn)值，記為Dsk。根據(jù)美國(guó)國(guó)家基礎(chǔ)設(shè)施顧問(wèn)委員會(huì)NIAC提出的、旨在提供一套開(kāi)放的通用的弱點(diǎn)評(píng)分框架機(jī)制CVSS(Commom Vulnerabiliyt Scoring System)，本文以CI/II/AI的量化值來(lái)評(píng)估Dsk值的大小。

表2 CVSS基本度量組指標(biāo)量值表

在弱點(diǎn)評(píng)分框架機(jī)制CVSS中，基本的度量組包含六項(xiàng)指標(biāo)：入侵途徑AV、身份認(rèn)證AU、攻擊復(fù)雜度Acx、機(jī)密性影響CI、完整性影響II、可用性影響AI。由表2可以看出，弱點(diǎn)對(duì)入侵途徑即攻擊位置要求越低、對(duì)攻擊者身份認(rèn)證要求越低、對(duì)攻擊的復(fù)雜度要求越低，相應(yīng)指標(biāo)度量值越大，CI/II/AI的影響越小，因此被發(fā)現(xiàn)的風(fēng)險(xiǎn)值Dsk就越小。所以，本文以CI/II/AI的量化值來(lái)評(píng)估Dsk值的大小。

根據(jù)上述NST模型，本文提出了一種基于狀態(tài)轉(zhuǎn)移網(wǎng)絡(luò)攻擊模型(NST模型)的攻擊圖生成方法，通過(guò)引入相關(guān)性系數(shù)來(lái)定量地分析攻擊花費(fèi)(Cost)中的攻擊復(fù)雜度值和被發(fā)現(xiàn)的風(fēng)險(xiǎn)值之間的關(guān)系，并以此優(yōu)化攻擊花費(fèi)的計(jì)算。最后，基于重新計(jì)算后的攻擊花費(fèi)生成攻擊圖。

如圖3所示，依據(jù)上述原理，本發(fā)明提出了一種基于狀態(tài)轉(zhuǎn)移網(wǎng)絡(luò)攻擊模型的攻擊圖生成方法。該生成方法概括如下：主要借助于INAG算法來(lái)生成攻擊圖，在INAG算法中，使用隊(duì)列結(jié)構(gòu)來(lái)保存能夠添加到攻擊圖中的狀態(tài)節(jié)點(diǎn)，然后從隊(duì)列中取出一個(gè)狀態(tài)節(jié)點(diǎn)，從該取出的狀態(tài)節(jié)點(diǎn)出發(fā)尋找與該取出的狀態(tài)節(jié)點(diǎn)有連接關(guān)系的其他狀態(tài)節(jié)點(diǎn)，如果所述其他狀態(tài)節(jié)點(diǎn)上的弱點(diǎn)攻擊可達(dá)，且弱點(diǎn)攻擊的深度和花費(fèi)均在可接受的范圍內(nèi)，則將該其他狀態(tài)節(jié)點(diǎn)加入到隊(duì)列中，并將該其他狀態(tài)節(jié)點(diǎn)加入到攻擊圖中，否則將該其他狀態(tài)節(jié)點(diǎn)舍棄。這樣依次循環(huán)取出隊(duì)列中的狀態(tài)節(jié)點(diǎn)，直到隊(duì)列為空時(shí)，循環(huán)結(jié)束，完成攻擊圖的生成。

具體而言，所述方法包括：

步驟1、針對(duì)攻擊者欲攻擊的網(wǎng)絡(luò)建立網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)節(jié)點(diǎn)隊(duì)列，將網(wǎng)絡(luò)中的源節(jié)點(diǎn)加入到所述網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)節(jié)點(diǎn)隊(duì)列，并將所述源節(jié)點(diǎn)加入到所述攻擊圖中；

在所述網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)節(jié)點(diǎn)隊(duì)列中，為每個(gè)當(dāng)前節(jié)點(diǎn)建立以下屬性：

(1)當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)ID(hostid)；

(2)與當(dāng)前節(jié)點(diǎn)有連接關(guān)系的其他狀態(tài)節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)ID(dst)；

(3)所述其他狀態(tài)節(jié)點(diǎn)上的弱點(diǎn)編號(hào)(dst_v)；

(4)攻擊者對(duì)所述當(dāng)前節(jié)點(diǎn)和所述其他狀態(tài)節(jié)點(diǎn)的訪問(wèn)權(quán)限(Crol)；

(5)所述當(dāng)前節(jié)點(diǎn)與所述其他狀態(tài)節(jié)點(diǎn)之間的連接關(guān)系(conn_pro)；

(6)所述其他狀態(tài)節(jié)點(diǎn)上開(kāi)放的服務(wù)(sers)；

(7)所述當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的攻擊深度(deg)和攻擊花費(fèi)(cost)。

在建立網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)節(jié)點(diǎn)隊(duì)列之后，首先將源節(jié)點(diǎn)加入到隊(duì)列中，并為所述源節(jié)點(diǎn)建立上述七種屬性。同時(shí)還要將源節(jié)點(diǎn)加入到所述攻擊圖中。

步驟2、在所述網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)節(jié)點(diǎn)隊(duì)列非空時(shí)，從所述網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)節(jié)點(diǎn)隊(duì)列中取出一個(gè)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)節(jié)點(diǎn)作為當(dāng)前節(jié)點(diǎn)，判斷所述當(dāng)前節(jié)點(diǎn)是否為目標(biāo)節(jié)點(diǎn)；

在該步驟中，依據(jù)所述當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)ID判斷所述當(dāng)前節(jié)點(diǎn)是否為目標(biāo)節(jié)點(diǎn)，當(dāng)判斷所述當(dāng)前節(jié)點(diǎn)是目標(biāo)節(jié)點(diǎn)時(shí)，所述方法結(jié)束，否則繼續(xù)執(zhí)行下面的步驟。當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)ID是區(qū)分各個(gè)狀態(tài)節(jié)點(diǎn)的唯一標(biāo)識(shí)符。

在開(kāi)始時(shí)，所述網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)節(jié)點(diǎn)隊(duì)列僅包含源節(jié)點(diǎn)，此時(shí)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)節(jié)點(diǎn)隊(duì)列為非空，可以從中取出該源節(jié)點(diǎn)作為當(dāng)前節(jié)點(diǎn)，并通過(guò)在步驟1中為當(dāng)前節(jié)點(diǎn)建立的屬性中的節(jié)點(diǎn)ID(hostid)判斷該源節(jié)點(diǎn)不是目標(biāo)節(jié)點(diǎn)，并繼續(xù)執(zhí)行下面的步驟。

之后，對(duì)于網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)節(jié)點(diǎn)隊(duì)列中加入的其他狀態(tài)節(jié)點(diǎn)，同樣依據(jù)節(jié)點(diǎn)ID(hostid)判斷其是否為目標(biāo)節(jié)點(diǎn)，如果是目標(biāo)節(jié)點(diǎn)，則表明對(duì)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的攻擊已經(jīng)完成，攻擊圖的生成方法結(jié)束。否則，將繼續(xù)執(zhí)行下面的步驟。

步驟3、當(dāng)所述當(dāng)前節(jié)點(diǎn)不是目標(biāo)節(jié)點(diǎn)時(shí)，判斷所述當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的攻擊深度和攻擊花費(fèi)是否在預(yù)先設(shè)定的最大攻擊深度和最大攻擊花費(fèi)范圍內(nèi)；

所述源節(jié)點(diǎn)的攻擊深度為0。所有的弱點(diǎn)攻擊都是從源節(jié)點(diǎn)開(kāi)始的，如果弱點(diǎn)攻擊是從源節(jié)點(diǎn)到與源節(jié)點(diǎn)有連接關(guān)系的其他狀態(tài)節(jié)點(diǎn)的攻擊，則該其他狀態(tài)節(jié)點(diǎn)的攻擊深度為源節(jié)點(diǎn)的攻擊深度加1；如果弱點(diǎn)攻擊是從該其他狀態(tài)節(jié)點(diǎn)到與之有連接關(guān)系的次級(jí)其他狀態(tài)節(jié)點(diǎn)的攻擊，則該次級(jí)其他狀態(tài)節(jié)點(diǎn)的攻擊深度為所述其他狀態(tài)節(jié)點(diǎn)的攻擊深度加1。以此類推，計(jì)算當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的攻擊深度。

所述攻擊花費(fèi)為從源節(jié)點(diǎn)到當(dāng)前節(jié)點(diǎn)每一次攻擊代價(jià)的總和，在本發(fā)明實(shí)施例中，所述攻擊花費(fèi)的計(jì)算方法與傳統(tǒng)攻擊花費(fèi)的計(jì)算方法不同，本發(fā)明實(shí)施例攻擊花費(fèi)的計(jì)算方法考慮了攻擊復(fù)雜度值A(chǔ)cx和被發(fā)現(xiàn)的風(fēng)險(xiǎn)值Dsk之間的相關(guān)性，以此方法計(jì)算出的攻擊花費(fèi)Cost值在本方法中是步驟2-5循環(huán)的一個(gè)主要約束條件(當(dāng)所述當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的攻擊花費(fèi)超出最大攻擊花費(fèi)的范圍時(shí)，步驟3結(jié)束，不再繼續(xù)執(zhí)行后面的步驟4和5)，保證步驟2-5的循環(huán)可以正常結(jié)束；就其作用具體來(lái)說(shuō)，通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)，應(yīng)用本發(fā)明實(shí)施例得出的攻擊圖較改進(jìn)前的攻擊圖更加簡(jiǎn)潔，并且通過(guò)統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，所述攻擊花費(fèi)的計(jì)算值更接近實(shí)際攻擊者的付出。

本實(shí)施例中，所述攻擊花費(fèi)Cost為：

式中：n表示從源節(jié)點(diǎn)到所述被攻擊節(jié)點(diǎn)j整個(gè)攻擊路徑上的節(jié)點(diǎn)數(shù)；

^pejL表示利用被攻擊節(jié)點(diǎn)j上的訪問(wèn)權(quán)限最大的攻擊弱點(diǎn)成功攻擊所述被攻擊節(jié)點(diǎn)j時(shí)的花費(fèi)，0＜l＜u，u為所述被攻擊節(jié)點(diǎn)j上的弱點(diǎn)總數(shù)；

表示所述花費(fèi)中攻擊復(fù)雜度值和被發(fā)現(xiàn)的風(fēng)險(xiǎn)值的相關(guān)性系數(shù)；

K(0＜K＜1)表示攻擊過(guò)程對(duì)攻擊者經(jīng)驗(yàn)的依賴系數(shù)，其值由專家經(jīng)驗(yàn)決定；

time表示從源節(jié)點(diǎn)到被攻擊節(jié)點(diǎn)j的攻擊過(guò)程中相似攻擊的重復(fù)次數(shù)；

ξ表示網(wǎng)絡(luò)緊致系數(shù)，該系數(shù)反映網(wǎng)絡(luò)的魯棒性，其值由專家經(jīng)驗(yàn)決定。

若一條攻擊路徑上存在針對(duì)同一弱點(diǎn)發(fā)生的二次攻擊或多次攻擊，基于智能的攻擊主體，后續(xù)重復(fù)攻擊代價(jià)肯定會(huì)小于第一次的攻擊代價(jià)，因此，攻擊過(guò)程中有弱點(diǎn)重復(fù)的弱點(diǎn)攻擊代價(jià)還與其對(duì)攻擊者經(jīng)驗(yàn)的依賴系數(shù)有關(guān)。所以，上述公式考慮了攻擊者的經(jīng)驗(yàn)依賴系數(shù)。

在上述公式中，所述相關(guān)性系數(shù)為：

式中：P_A為所述花費(fèi)中的攻擊復(fù)雜度值；

P_D為所述花費(fèi)中的被發(fā)現(xiàn)的風(fēng)險(xiǎn)值；

M為獲取所述攻擊復(fù)雜度值和所述被發(fā)現(xiàn)的風(fēng)險(xiǎn)值的概率統(tǒng)計(jì)次數(shù)。因?yàn)橐粋€(gè)弱點(diǎn)的攻擊復(fù)雜度和被發(fā)現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)值不是客觀存在的，它是利用概率統(tǒng)計(jì)原理獲取的一個(gè)概率統(tǒng)計(jì)值，為獲取一個(gè)弱點(diǎn)的這兩個(gè)屬性需要做多次試驗(yàn)，每次試驗(yàn)都會(huì)得到一組值，最后利用概率統(tǒng)計(jì)原理得到近似值。M則表示進(jìn)行概率統(tǒng)計(jì)的次數(shù)。

表3 的絕對(duì)值與相關(guān)強(qiáng)度對(duì)照表

本發(fā)明引入的概念可以定量地分析攻擊復(fù)雜度值A(chǔ)cx和被發(fā)現(xiàn)的風(fēng)險(xiǎn)值Dsk之間的關(guān)系，以便依據(jù)上述Cost的計(jì)算公式重新計(jì)算攻擊花費(fèi)。從的計(jì)算公式可知，此概念基于皮爾遜積矩相關(guān)系數(shù)(Pearson product-moment correlation coefficient)對(duì)Acx和Dsk的關(guān)系進(jìn)行定量的分析。

根據(jù)皮爾遜相關(guān)系數(shù)的定義，絕對(duì)值越大，系數(shù)越接近于1或-1，相關(guān)度越強(qiáng)；反之越接近于0，相關(guān)度越弱。

在所述步驟3中，當(dāng)所述當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的攻擊深度超出所述最大攻擊深度Max_Depth的范圍、和/或當(dāng)所述當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的攻擊花費(fèi)超出所述最大攻擊花費(fèi)Max_Cost的范圍時(shí)，所述步驟3結(jié)束，不再執(zhí)行后面的步驟4和5；當(dāng)所述當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的攻擊深度在最大攻擊深度Max_Depth范圍內(nèi)、且攻擊花費(fèi)在最大攻擊花費(fèi)Max_Cost范圍內(nèi)時(shí)，繼續(xù)執(zhí)行步驟4。該最大攻擊深度Max_Depth和最大攻擊花費(fèi)Max_Cost可以是預(yù)先設(shè)定的。

步驟4、當(dāng)所述當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的攻擊深度和攻擊花費(fèi)在所述最大攻擊深度和最大攻擊花費(fèi)范圍內(nèi)時(shí)，查找所有與所述當(dāng)前節(jié)點(diǎn)有連接關(guān)系的其他狀態(tài)節(jié)點(diǎn)；

在該步驟中，根據(jù)所述當(dāng)前節(jié)點(diǎn)與所述其他狀態(tài)節(jié)點(diǎn)之間的網(wǎng)絡(luò)連接關(guān)系，查找所有與所述當(dāng)前節(jié)點(diǎn)有連接關(guān)系的其他狀態(tài)節(jié)點(diǎn)。所述網(wǎng)絡(luò)連接關(guān)系，即為步驟1中為當(dāng)前節(jié)點(diǎn)建立的屬性中的連接關(guān)系(conn_pro)。

步驟5、遍歷查找所述其他狀態(tài)節(jié)點(diǎn)上的所有弱點(diǎn)，若從所述當(dāng)前節(jié)點(diǎn)到所述其他狀態(tài)節(jié)點(diǎn)上的弱點(diǎn)的攻擊可達(dá)，則生成新的狀態(tài)節(jié)點(diǎn)，將所述新的狀態(tài)節(jié)點(diǎn)加入到所述網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)隊(duì)列，并將滿足預(yù)設(shè)條件的所述新的狀態(tài)節(jié)點(diǎn)加入到所述攻擊圖中；

在該步驟中，可以通過(guò)在步驟1中設(shè)定的弱點(diǎn)編號(hào)(dst_v)來(lái)進(jìn)行弱點(diǎn)查找，弱點(diǎn)編號(hào)(dst_v)是區(qū)別弱點(diǎn)的唯一標(biāo)識(shí)符。

在查找到所有弱點(diǎn)之后，依次循環(huán)判斷從所述當(dāng)前節(jié)點(diǎn)到所述其他狀態(tài)節(jié)點(diǎn)上的弱點(diǎn)攻擊是否可達(dá)，具體的判斷步驟如下：

步驟51、依次循環(huán)判斷所述其他狀態(tài)節(jié)點(diǎn)上的每個(gè)弱點(diǎn)(每個(gè)所述其他狀態(tài)節(jié)點(diǎn)上至少有一個(gè)弱點(diǎn))是否在前面所述的攻擊行為規(guī)則AR的規(guī)則庫(kù)中，如果不在規(guī)則庫(kù)中則將該弱點(diǎn)加入弱點(diǎn)列表(該弱點(diǎn)為本方法舍棄，留待作其他后續(xù)分析)，則結(jié)束步驟5，即結(jié)束本次循環(huán)；

步驟52、如果弱點(diǎn)在所述規(guī)則庫(kù)中，則判斷該弱點(diǎn)是否滿足進(jìn)行弱點(diǎn)攻擊必須滿足的前提條件集合，即A_P＝(src_access，conn_pro，dst_sers，dst_v)，不滿足則結(jié)束本次循環(huán)。

首先、每個(gè)所述其他狀態(tài)節(jié)點(diǎn)上至少有一個(gè)弱點(diǎn)，即滿足dst_v；

其次、判斷該弱點(diǎn)對(duì)應(yīng)的服務(wù)(dst_sers)是否開(kāi)放，開(kāi)放則繼續(xù)下一步操作，否則結(jié)束本次循環(huán)；

再次、若對(duì)應(yīng)的服務(wù)開(kāi)放，則判斷當(dāng)前節(jié)點(diǎn)是否有獲取該服務(wù)的最低權(quán)限(src_access)，有則繼續(xù)下一步操作，否則結(jié)束本次循環(huán)；

最后、若有最低權(quán)限，則判斷連接關(guān)系是否存在。在步驟5中是通過(guò)所述當(dāng)前節(jié)點(diǎn)與所述其他狀態(tài)節(jié)點(diǎn)之間的網(wǎng)絡(luò)連接關(guān)系查找到的所述其他狀態(tài)節(jié)點(diǎn)，因此兩節(jié)點(diǎn)之間存在連接關(guān)系，即滿足conn_pro。

需要注意的是，步驟52中的四個(gè)判斷不分先后順序。上述順序只是為了編程的方便。

在步驟5中，經(jīng)過(guò)上述判斷，若從所述當(dāng)前節(jié)點(diǎn)到所述其他狀態(tài)節(jié)點(diǎn)上的弱點(diǎn)的攻擊可達(dá)，則依據(jù)前面介紹的攻擊行為規(guī)則生成新的狀態(tài)節(jié)點(diǎn)，該新的狀態(tài)節(jié)點(diǎn)可以是獲得新的權(quán)限、增加新的連接關(guān)系或者是獲取新的弱點(diǎn)。將所述新的狀態(tài)節(jié)點(diǎn)加入到所述網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)隊(duì)列，如果攻擊不可達(dá)，將不再生成新的狀態(tài)節(jié)點(diǎn)(這樣，經(jīng)過(guò)多次循環(huán)之后，步驟1中建立的所述網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)節(jié)點(diǎn)隊(duì)列就可能為空)。

對(duì)于滿足預(yù)設(shè)條件的所述新的狀態(tài)節(jié)點(diǎn)，可以加入到所述攻擊圖中，具體為：

步驟53、計(jì)算所述新的狀態(tài)節(jié)點(diǎn)的攻擊深度，所述新的狀態(tài)節(jié)點(diǎn)的攻擊深度為在所述當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的攻擊深度上加1，即Nas.depth＝N_cunt.depth+1，Nas為新節(jié)點(diǎn)，N_cunt為當(dāng)前節(jié)點(diǎn)。此處新的狀態(tài)節(jié)點(diǎn)的攻擊深度計(jì)算方法與步驟3中所述當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的攻擊深度計(jì)算方法相同，此處不再贅述；

步驟54、判斷所述網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)隊(duì)列中是否存儲(chǔ)過(guò)所述新的狀態(tài)節(jié)點(diǎn)；

步驟55、若之前沒(méi)有存儲(chǔ)過(guò)，則將所述新的狀態(tài)節(jié)點(diǎn)加入到所述攻擊圖中；

步驟56、若之前存儲(chǔ)過(guò)，則判斷所述新的狀態(tài)節(jié)點(diǎn)的攻擊深度是否等于之前存儲(chǔ)過(guò)的所述新的狀態(tài)節(jié)點(diǎn)的攻擊深度，若等于則將所述新的狀態(tài)節(jié)點(diǎn)加入到所述攻擊圖中。

在新的狀態(tài)節(jié)點(diǎn)加入到所述攻擊圖中時(shí)，同時(shí)生成以當(dāng)前節(jié)點(diǎn)為起點(diǎn)、新的狀態(tài)節(jié)點(diǎn)為終點(diǎn)的邊，并加入到攻擊圖中。

此處需要說(shuō)明的是，在所述步驟5中，若從所述當(dāng)前節(jié)點(diǎn)到一個(gè)所述其他狀態(tài)節(jié)點(diǎn)上的至少兩個(gè)弱點(diǎn)的攻擊可達(dá)，且所述至少兩個(gè)弱點(diǎn)的弱點(diǎn)攻擊后果均為獲得該一個(gè)所述其他狀態(tài)節(jié)點(diǎn)的控制權(quán)限時(shí)，按能夠獲得的最高控制權(quán)限存儲(chǔ)所述新的狀態(tài)節(jié)點(diǎn)。

步驟6、循環(huán)執(zhí)行所述步驟2-5，直到所述網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)節(jié)點(diǎn)隊(duì)列為空時(shí)結(jié)束循環(huán)，并生成所述攻擊圖。

執(zhí)行步驟6之后，攻擊圖全部生成，最后輸出攻擊圖即可。

本發(fā)明所述的基于狀態(tài)轉(zhuǎn)移網(wǎng)絡(luò)攻擊模型的攻擊圖生成方法，在計(jì)算攻擊花費(fèi)時(shí)，不僅考慮了攻擊復(fù)雜度值A(chǔ)cx和被發(fā)現(xiàn)的風(fēng)險(xiǎn)值Dsk，而且考慮了Acx和Dsk之間的相關(guān)性，提高了攻擊圖生成的準(zhǔn)確性。此外，通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)，應(yīng)用本發(fā)明實(shí)施例得出的攻擊圖較改進(jìn)前的攻擊圖更加簡(jiǎn)潔，并且通過(guò)統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，所述攻擊花費(fèi)的計(jì)算值更接近實(shí)際攻擊者的付出。因此，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種規(guī)模小、速度快、直觀性強(qiáng)、準(zhǔn)確性高的攻擊圖生成方法。

綜上所述，以上僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。