大规模网络安全事件仿真平台关键技术研究

发布时间：2020-07-24 16:04

【摘要】：互联网给社会发展和人们生活带来便利的同时,其安全形势不容乐观,各种网络安全事件已经严重威胁互联网的安全及其可用性。网络安全事件的频发,使得研究人员迫切需要能够快速构建出类似的实验环境,进行针对性的分析和研究,尽早找到有效的控制或应对事件的方法和措施,缩短研究过程与实际问题发展的时间延迟,降低事件造成的影响和危害。由于安全事件演变过程动态变化的特性以及安全事件的规模和危害等因素影响,无法在现实网络环境中还原事件生命周期内的行为和活动,故而需要构建还原度高、类型丰富的仿真实验环境,复现网络安全事件行为或活动,为研究人员开展科学研究工作提供技术支撑和实验场景。本文针对大规模网络安全事件仿真平台中网络模拟路由策略低效、仿真网络划分方法适用性不强、平台资源配置方法实用性低以及仿真场景形式化描述缺乏、场景网络环境还原度不高等方面的问题,展开研究工作,提出了相关的解决方法,实现了大规模网络安全事件仿真平台,利用仿真平台构建实验场景,将其应用于典型研究案例,检验了场景的可用性。论文主要工作和贡献包括:首先,针对大规模网络安全事件仿真平台网络模拟环境中路由策略资源消耗大、查询效率低,影响模拟网络拓扑规模和实验效率的问题,提出了基于改进地址编码的层次化模拟网络路由策略。通过改进模拟网络IP地址分层机制的方式,有效扩大拓扑规模,提高了报文转发效率;实现了基于改进地址编码的层次路由策略,大幅降低路由信息的资源消耗,提高查询效率,提升了仿真场景网络拓扑规模和实验运行效率。其次,针对大规模网络安全事件仿真平台中网络划分方法适用性不强的问题,提出了基于社区发现算法的大规模网络划分方法。利用计算机网络具备复杂网络性质的特点,通过“树形”区域预处理,降低网络拓扑规模;采用基于节点相似度加权的社区发现louvain方法,完成仿真网络初步划分;经过子网重划与合并,达到仿真网络子网划分最少,降低子网间远程链路数量的目标,从而实现了仿真网络划分,使之满足大规模仿真网络划分的需求,提升了虚拟资源利用效率。再次,针对现有网络安全事件仿真平台资源分配和调度方法过于简略,对资源的使用效率考虑不充分,或模型复杂,属性参数在实际操作中获取较难,实用性较低的问题,提出了基于离散粒子群的仿真场景资源配置方法。采用在实际应用中影响主机负载的关键属性CPU和内存占用率,作为负载参数刻画主机负载,分配物理资源时,估算加载虚拟机后的宿主机负载变化,在提升资源利用率的前提下,快速形成资源配置方案,发挥物理设备的最大服务能力,兼顾了资源使用效率和方法实用性的均衡性。最后,在上述研究基础上,设计并实现了大规模网络安全事件仿真平台,并且通过对典型网络安全事件案例的研究,建立虚实结合的IRC僵尸网络频道检测仿真实验场景,开展科学研究实验。实验结果表明仿真场景可用,具备实际应用价值。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TP393.08
【图文】：

节点,增长比,网络拓扑,实验数据

b) 节点创建时间增长比例 c) 节点创建时间对比b) the time growth ratio of creating nodes c) time comparison of creating nodes图 2-3 节点创建测试结果Fig.2-3 the test results of creating nodes图 2-4a 中的实验数据表明，网络拓扑节点低于 5000 时，在使用 flat 和- 26 -

预处理,区域,节点,社区

图 3-3 “树形”区域预处理Fig3-3 tree community preprocessing真网络的“树形”区域预处理，由于预处理后用该节点进行社区发现进程时，因此该节点应就是“树形”结构内原有节点的权值和，即：WT=∑ w

虚实,通信接口,数据报文

第 5 章大规模网络安全事件仿真平台构建虚拟网卡，虚实通信接口监测络数据报文转换为 NS-3 模拟网系统的网卡上，然后 NS-3 模路由，把数据报文发送到 NS网络转发数据时，这个过程正好NS-3 模拟系统网络之间的互联以构建虚实结合的实验网络环TapBridgeNS-3

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