基于网络结构的攻防对抗博弈建模与求解方法研究
发布时间：2022-02-24 16:05
攻防对抗问题是军事和安全领域一个长期而关键的问题。现实当中很多包含对抗和竞争的问题可以用攻防对抗进行建模。攻防对抗博弈模型以及相关的计算方法作为攻防对抗问题的核心被广泛的应用于各个领域,包括反恐,关键基建设施保护,机场安全巡逻,计算机网络防护和环保领域反偷猎等。现实中,很多攻防对抗问题发生在网络结构领域上,攻守双方的行为依托于网络结构,相互之间的竞争对抗交互也发生在网络之上。此类场景中存在着许多有待解决的关键问题和挑战,包括目标阈值对博弈模型的影响,攻防博弈中的不确定性和概率性等。尽管目标结构下的攻防对抗博弈问题研究已经考虑了其中一部分问题,但是受制于网络结构对agent之间的交互的影响,网络上的攻防对抗行为要复杂的多,传统方法难以直接处理网络结构问题。本文立足于网络结构领域,采用斯坦伯格领导者–追随者博弈模型对攻击者和防守者之间的对抗交互进行建模仿真,为防守者提供有效的资源分配策略防范各种潜在的攻击者威胁。在对攻防对抗博弈的建模过程中,重点考虑资源的有限性约束和问题中的不确定性因素。文章的主要创新点和贡献概括为以下五个方面:（1）提出了一种网络攻防对抗博弈的建模框架。本文首先从网络流...
【文章来源】：国防科技大学湖南省211工程院校985工程院校
【文章页数】：171 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
符号使用说明
第一章 绪论
1.1 课题的背景及意义
1.1.1 网络攻防对抗博弈
1.1.2 攻防对抗博弈的现实应用
1.2 相关研究工作
1.2.1 网络阻断
1.2.2 安全博弈
1.2.3 网络攻防对抗博弈的未来应用场景
1.2.4 其他相关研究
1.3 论文的研究内容及创新点
1.4 论文的组织结构
第二章 网络攻防对抗博弈框架
2.1 网络流模型
2.1.1 最短路网络阻断的基本网络流模型
2.1.2 最短路网络阻断的对偶形式
2.1.3 本德斯分解方法
2.2 博弈论的基础知识
2.2.1 策略型博弈
2.2.2 常和博弈
2.2.3 斯坦伯格博弈
2.2.4 极小极大定理
2.2.5 解概念
2.2.6 扩展型博弈
2.3 网络攻防对抗博弈
2.3.1 攻防对抗博弈
2.3.2 攻防策略的紧凑型模型
2.3.3 攻击者的策略表示方式
2.3.4 网络攻防对抗博弈中的强斯坦伯格均衡
2.3.5 网络攻防对抗博弈建模框架
2.4 本章小结
第三章 阈值约束下的最短路网络阻断博弈问题
3.1 研究背景
3.2 阈值最短路阻断的基本模型
3.2.1 问题定义
3.2.2 阈值最短路阻断的形式化描述
3.3 求解方法
3.3.1 基本对偶算法
3.3.2 基于对偶的拉格朗日松弛算法
3.3.3 基本分解算法
3.3.4 完全阻断问题的集合覆盖算法
3.4 计算实验
3.4.1 测试问题和实验环境
3.4.2 算法在不同类型网络上的表现
3.4.3 算法的参数敏感度分析
3.4.4 现实路网上的验证实验
3.5 本章小结
第四章 阈值约束下的随机最短路网络阻断博弈问题
4.1 问题背景
4.2 随机阈值最短路阻断博弈基本模型
4.2.1 问题定义
4.2.2 效用和均衡
4.2.3 模型表示
4.3 求解方法
4.3.1 阈值约束下随机最短路阻断问题的本德斯分解算法
4.3.2 基于对偶分解子图的主问题加速算法
4.3.3 基于局部搜索的更优应对从问题加速算法
4.4 问题变种
4.4.1 多源多目的地的SSPIT问题
4.4.2 SSPIT的节点阻断模型
4.5 计算实验
4.5.1 测试问题和环境
4.5.2 分解算法的组件分析
4.5.3 分解算法的可扩展性测试
4.5.4 算法的参数敏感度分析
4.5.5 基于现实路网数据的仿真实验
4.6 本章小结
第五章 概率网络逃避阻断博弈问题
5.1 最大可靠路径阻断问题
5.2 网络逃避阻断问题
5.2.1 策略表示
5.2.2 效用表示
5.2.3 均衡表示
5.3 基本Double Oracle求解算法
5.3.1 极大极小公式
5.3.2 基本Double Oracle算法
5.3.3 防守者Oracle,DO
5.3.4 攻击者Oracle,AO
5.4 基于更优应对的改进Double Oracle算法
5.4.1 DO的启发式贪婪算法
5.4.2 AO的贪婪算法
5.5 计算实验
5.6 小结
第六章 总结与展望
6.1 工作总结
6.2 未来工作展望
致谢
参考文献
作者在学期间取得的学术成果
本文编号：3643063
【文章来源】：国防科技大学湖南省211工程院校985工程院校
【文章页数】：171 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
符号使用说明
第一章 绪论
1.1 课题的背景及意义
1.1.1 网络攻防对抗博弈
1.1.2 攻防对抗博弈的现实应用
1.2 相关研究工作
1.2.1 网络阻断
1.2.2 安全博弈
1.2.3 网络攻防对抗博弈的未来应用场景
1.2.4 其他相关研究
1.3 论文的研究内容及创新点
1.4 论文的组织结构
第二章 网络攻防对抗博弈框架
2.1 网络流模型
2.1.1 最短路网络阻断的基本网络流模型
2.1.2 最短路网络阻断的对偶形式
2.1.3 本德斯分解方法
2.2 博弈论的基础知识
2.2.1 策略型博弈
2.2.2 常和博弈
2.2.3 斯坦伯格博弈
2.2.4 极小极大定理
2.2.5 解概念
2.2.6 扩展型博弈
2.3 网络攻防对抗博弈
2.3.1 攻防对抗博弈
2.3.2 攻防策略的紧凑型模型
2.3.3 攻击者的策略表示方式
2.3.4 网络攻防对抗博弈中的强斯坦伯格均衡
2.3.5 网络攻防对抗博弈建模框架
2.4 本章小结
第三章 阈值约束下的最短路网络阻断博弈问题
3.1 研究背景
3.2 阈值最短路阻断的基本模型
3.2.1 问题定义
3.2.2 阈值最短路阻断的形式化描述
3.3 求解方法
3.3.1 基本对偶算法
3.3.2 基于对偶的拉格朗日松弛算法
3.3.3 基本分解算法
3.3.4 完全阻断问题的集合覆盖算法
3.4 计算实验
3.4.1 测试问题和实验环境
3.4.2 算法在不同类型网络上的表现
3.4.3 算法的参数敏感度分析
3.4.4 现实路网上的验证实验
3.5 本章小结
第四章 阈值约束下的随机最短路网络阻断博弈问题
4.1 问题背景
4.2 随机阈值最短路阻断博弈基本模型
4.2.1 问题定义
4.2.2 效用和均衡
4.2.3 模型表示
4.3 求解方法
4.3.1 阈值约束下随机最短路阻断问题的本德斯分解算法
4.3.2 基于对偶分解子图的主问题加速算法
4.3.3 基于局部搜索的更优应对从问题加速算法
4.4 问题变种
4.4.1 多源多目的地的SSPIT问题
4.4.2 SSPIT的节点阻断模型
4.5 计算实验
4.5.1 测试问题和环境
4.5.2 分解算法的组件分析
4.5.3 分解算法的可扩展性测试
4.5.4 算法的参数敏感度分析
4.5.5 基于现实路网数据的仿真实验
4.6 本章小结
第五章 概率网络逃避阻断博弈问题
5.1 最大可靠路径阻断问题
5.2 网络逃避阻断问题
5.2.1 策略表示
5.2.2 效用表示
5.2.3 均衡表示
5.3 基本Double Oracle求解算法
5.3.1 极大极小公式
5.3.2 基本Double Oracle算法
5.3.3 防守者Oracle,DO
5.3.4 攻击者Oracle,AO
5.4 基于更优应对的改进Double Oracle算法
5.4.1 DO的启发式贪婪算法
5.4.2 AO的贪婪算法
5.5 计算实验
5.6 小结
第六章 总结与展望
6.1 工作总结
6.2 未来工作展望
致谢
参考文献
作者在学期间取得的学术成果
本文编号：3643063
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