一種面向用戶需求的海量多元數(shù)據(jù)態(tài)勢(shì)顯示系統(tǒng)與方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種面向用戶需求的海量多元數(shù)據(jù)態(tài)勢(shì)顯示系統(tǒng)與方法，滿足對(duì)網(wǎng)絡(luò)安全保障行動(dòng)中對(duì)網(wǎng)絡(luò)態(tài)勢(shì)完備度、時(shí)效性和準(zhǔn)確性要求。步驟一、將傳感器收集的態(tài)勢(shì)顯示數(shù)據(jù)，按照公共通信網(wǎng)、關(guān)鍵業(yè)務(wù)網(wǎng)、社交網(wǎng)分類，根據(jù)實(shí)體資源層、運(yùn)行映射層和安全態(tài)勢(shì)層進(jìn)行分層整理；步驟二、將步驟一中歸類整理后的數(shù)據(jù)，按照控制-數(shù)據(jù)兩層平面模型，實(shí)時(shí)計(jì)算兩個(gè)平面的有限狀態(tài)集合；步驟三、利用回聲狀態(tài)網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的安全屬性變化；步驟四、將網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的實(shí)測(cè)安全屬性與步驟三中預(yù)測(cè)的安全屬性進(jìn)行對(duì)比，按照網(wǎng)絡(luò)元素不同優(yōu)先級(jí)的定義，確定其展示優(yōu)先級(jí)；步驟五、根據(jù)優(yōu)先級(jí)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)優(yōu)先級(jí)順序，在態(tài)勢(shì)圖上以節(jié)點(diǎn)的大小和顏色來(lái)區(qū)分標(biāo)繪。
【專利說(shuō)明】-種面向用戶需求的海量多元數(shù)據(jù)態(tài)勢(shì)顯示系統(tǒng)與方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于網(wǎng)絡(luò)安全態(tài)勢(shì)顯示領(lǐng)域，涉及一種面向用戶需求的海量多元數(shù)據(jù)態(tài)勢(shì) 顯示系統(tǒng)與方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 網(wǎng)絡(luò)安全態(tài)勢(shì)涉及公共互聯(lián)網(wǎng)、關(guān)鍵業(yè)務(wù)網(wǎng)和社交網(wǎng)絡(luò)，信息多元，類型復(fù)雜，數(shù) 據(jù)量大。對(duì)于網(wǎng)絡(luò)安全維護(hù)人員來(lái)說(shuō)，大多數(shù)態(tài)勢(shì)數(shù)據(jù)比較穩(wěn)定，維持在一定范圍內(nèi)上下波 動(dòng)，不需特別關(guān)注；而當(dāng)節(jié)點(diǎn)安全屬性大幅變動(dòng)時(shí)，就需要按用戶需求進(jìn)行突出顯示。因此 如何根據(jù)不同用戶需求，展現(xiàn)重要設(shè)備、關(guān)鍵網(wǎng)絡(luò)、熱點(diǎn)話題的安全屬性、運(yùn)行狀態(tài)和環(huán)境 信息，通過(guò)分類處理海量、多元的情報(bào)信息，實(shí)時(shí)反映安全態(tài)勢(shì)，精準(zhǔn)、動(dòng)態(tài)顯示網(wǎng)絡(luò)安全態(tài) 勢(shì)信息，成為當(dāng)前研究的難點(diǎn)。
[0003] 針對(duì)海量多元數(shù)據(jù)的態(tài)勢(shì)顯示，國(guó)內(nèi)外的研究主要從海量多元數(shù)據(jù)處理、態(tài)勢(shì)顯 示兩個(gè)方面展開(kāi)：
[0004] 針對(duì)海量多元數(shù)據(jù)處理，主要用于公共互聯(lián)網(wǎng)、關(guān)鍵業(yè)務(wù)網(wǎng)和社交網(wǎng)絡(luò)，分析重要 設(shè)備、關(guān)鍵網(wǎng)絡(luò)、熱點(diǎn)話題的安全屬性、運(yùn)行狀態(tài)和環(huán)境信息等。在文獻(xiàn)"基于多源海量數(shù) 據(jù)分層遞階圖表示模型的可視化信息融合的研究"中，根據(jù)低維空間數(shù)據(jù)的分布特征，利用 雷達(dá)圖的方式分層顯示，該方法雖然降低了數(shù)據(jù)復(fù)雜度，但是損失了一定的信息；在維 空間數(shù)據(jù)管理與可視化方法研究"、"多源空間數(shù)據(jù)的組織管理與應(yīng)用"和"數(shù)據(jù)分頁(yè)技術(shù) 的海量H維數(shù)據(jù)模型動(dòng)態(tài)調(diào)度"等文獻(xiàn)中，利用分層、分塊的思想進(jìn)行海量地形信息的顯 示，但是該H維海量地形的數(shù)據(jù)并不能直接應(yīng)用到關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)處理中，因此需要借鑒其 分層、分級(jí)思想，結(jié)合用戶需求，對(duì)海量多元數(shù)據(jù)進(jìn)行分類。目前關(guān)于分類算法有很多，包括 V-SUM算法、VFDT算法、VFDTc算法、NIP算法、增量式學(xué)習(xí)法、FlexDT算法、可變滑動(dòng)窗口 法、OLIN孤A算法等，該些算法關(guān)注于數(shù)據(jù)的處理、訓(xùn)練、分類，可W用于網(wǎng)絡(luò)安全態(tài)勢(shì)顯示 數(shù)據(jù)的歸納整理。
[0005] 針對(duì)態(tài)勢(shì)顯示，主要利用GIS、DIS、HLA等系統(tǒng)或架構(gòu)，進(jìn)行態(tài)勢(shì)顯示的系統(tǒng)設(shè)計(jì) 與實(shí)現(xiàn)。在文獻(xiàn)"基于多層Web技術(shù)的作戰(zhàn)態(tài)勢(shì)顯示系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)"中，根據(jù)關(guān)鍵技術(shù)CORBA 標(biāo)準(zhǔn)等，建立了一個(gè)戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)顯示系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)框架；在文獻(xiàn)"基于Qt的通用態(tài)勢(shì)顯示 系統(tǒng)的框架及關(guān)鍵技術(shù)研究"中，建立系統(tǒng)數(shù)據(jù)組織模型，提出了場(chǎng)景一視圖的軟件構(gòu)架方 式，構(gòu)建了分類分層態(tài)勢(shì)管理機(jī)制，并對(duì)模塊功能進(jìn)行了詳細(xì)的設(shè)計(jì)；在文獻(xiàn)"分布式作戰(zhàn) 仿真中態(tài)勢(shì)顯示系統(tǒng)研究"中，利用二維態(tài)勢(shì)顯示與H維虛擬戰(zhàn)場(chǎng)相結(jié)合的方式，構(gòu)建了分 布式作戰(zhàn)態(tài)勢(shì)顯示系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。但是大部分研究成果集中在可視化技術(shù)，并沒(méi)有考慮用戶需 求在物理實(shí)體層的變化。因此，首先對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行建模研究，然后根據(jù)網(wǎng)絡(luò)元素態(tài)勢(shì)數(shù)據(jù)的動(dòng) 態(tài)變化，確定態(tài)勢(shì)顯示優(yōu)先級(jí)。因此，在動(dòng)態(tài)變化判定中，需要根據(jù)歷史屬性數(shù)據(jù)，進(jìn)行預(yù) 巧IJ。針對(duì)時(shí)間序列的預(yù)測(cè)方法包括全域法、局域法、加權(quán)零階局域法、加權(quán)一階局域法、最大 Lyapunov指數(shù)法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等。綜合調(diào)研顯示，回聲狀態(tài)網(wǎng)絡(luò)新興的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，克服了之前 網(wǎng)絡(luò)模型基于梯度下降的學(xué)習(xí)算法所難W避免的收斂慢和容易陷入局部極小等問(wèn)題，且其 算法開(kāi)銷小、結(jié)果精度高。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明提供一種面向用戶需求的海量多元數(shù)據(jù)態(tài)勢(shì)顯示系統(tǒng)與方法，滿足對(duì)網(wǎng)絡(luò) 安全保障行動(dòng)中對(duì)網(wǎng)絡(luò)態(tài)勢(shì)完備度、時(shí)效性和準(zhǔn)確性要求，實(shí)現(xiàn)內(nèi)部態(tài)勢(shì)數(shù)據(jù)流的高效穩(wěn) 定運(yùn)行。
[0007] -種面向用戶需求的海量多元數(shù)據(jù)態(tài)勢(shì)顯示方法，包括W下步驟：
[0008] 步驟一、將傳感器收集的態(tài)勢(shì)顯示數(shù)據(jù)，按照公共通信網(wǎng)、關(guān)鍵業(yè)務(wù)網(wǎng)、社交網(wǎng)分 類，根據(jù)實(shí)體資源層、運(yùn)行映射層和安全態(tài)勢(shì)層進(jìn)行分層整理；
[0009] 步驟二、將步驟一中歸類整理后的數(shù)據(jù)，按照控制-數(shù)據(jù)兩層平面模型，實(shí)時(shí)計(jì)算 兩個(gè)平面的有限狀態(tài)集合；
[0010] 步驟H、利用回聲狀態(tài)網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的安全屬性變化；
[0011] 步驟四、將網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的實(shí)測(cè)安全屬性與步驟H中預(yù)測(cè)的安全屬性進(jìn)行對(duì)比，按照 網(wǎng)絡(luò)元素不同優(yōu)先級(jí)的定義，確定其展示優(yōu)先級(jí)；
[0012] 步驟五、根據(jù)優(yōu)先級(jí)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)優(yōu)先級(jí)順序，在態(tài)勢(shì)圖上W節(jié)點(diǎn)的大小和顏色來(lái)區(qū) 分標(biāo)繪。
[0013] 一種面向用戶需求的海量多元數(shù)據(jù)態(tài)勢(shì)顯示系統(tǒng)，包括海量多元數(shù)據(jù)分層歸類模 塊、圖靈機(jī)數(shù)據(jù)處理模塊、節(jié)點(diǎn)安全狀態(tài)預(yù)測(cè)模塊、節(jié)點(diǎn)優(yōu)先級(jí)判定模塊、網(wǎng)絡(luò)安全態(tài)勢(shì)標(biāo) 繪模塊；其中：
[0014] 海量多元數(shù)據(jù)分層歸類模塊負(fù)責(zé)將傳感器收集的態(tài)勢(shì)顯示數(shù)據(jù)，按照公共通信 網(wǎng)、關(guān)鍵業(yè)務(wù)網(wǎng)、社交網(wǎng)分類，根據(jù)實(shí)體資源層、運(yùn)行映射層和安全態(tài)勢(shì)層進(jìn)行分層整理；
[0015] 圖靈機(jī)數(shù)據(jù)處理模塊負(fù)責(zé)將海量多元數(shù)據(jù)分層歸類模塊中歸類整理后的數(shù)據(jù)，按 照控制-數(shù)據(jù)兩層平面模型，實(shí)時(shí)計(jì)算兩個(gè)平面的有限狀態(tài)集合；
[0016] 節(jié)點(diǎn)安全狀態(tài)預(yù)測(cè)模塊負(fù)責(zé)利用回聲狀態(tài)網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的安全屬性變 化；
[0017] 節(jié)點(diǎn)優(yōu)先級(jí)判定模塊負(fù)責(zé)將網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的實(shí)測(cè)安全屬性與步驟H中預(yù)測(cè)的安全屬 性進(jìn)行對(duì)比，按照網(wǎng)絡(luò)元素不同優(yōu)先級(jí)的定義，確定其展示優(yōu)先級(jí)；
[0018] 網(wǎng)絡(luò)安全態(tài)勢(shì)標(biāo)繪模塊負(fù)責(zé)根據(jù)優(yōu)先級(jí)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)優(yōu)先級(jí)順序，在態(tài)勢(shì)圖上W節(jié)點(diǎn) 的大小和顏色來(lái)區(qū)分標(biāo)繪。
[0019] 本發(fā)明的有益效果；本發(fā)明提出了基于資源分層管理的網(wǎng)絡(luò)態(tài)勢(shì)顯示架構(gòu)和基于 網(wǎng)絡(luò)類型的態(tài)勢(shì)態(tài)勢(shì)要素歸納，對(duì)海量多元的網(wǎng)絡(luò)安全態(tài)勢(shì)數(shù)據(jù)進(jìn)行了分層分類管理。提 出了基于圖靈機(jī)的安全態(tài)勢(shì)網(wǎng)絡(luò)模型，利用圖靈機(jī)模型對(duì)網(wǎng)絡(luò)安全態(tài)勢(shì)數(shù)據(jù)進(jìn)行了分層建 模。提出了面向用戶需求的網(wǎng)絡(luò)安全態(tài)勢(shì)分級(jí)顯示方案，利用回聲狀態(tài)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)節(jié)點(diǎn)屬性 變化，并給出了節(jié)點(diǎn)顯示的優(yōu)先級(jí)判定規(guī)則。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0020] 圖1為本發(fā)明面向用戶需求的海量多元數(shù)據(jù)態(tài)勢(shì)顯示系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；
[0021] 圖2為本發(fā)明海量多元數(shù)據(jù)歸類示意圖；
[0022] 圖3為本發(fā)明控制-數(shù)據(jù)平面示意圖；
[0023] 圖4為本發(fā)明基于圖靈機(jī)的虛擬網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)抽象模型示意圖；
[0024] 圖5為本發(fā)明面向用戶需求的海量多元數(shù)據(jù)態(tài)勢(shì)顯示方法流程圖。

【具體實(shí)施方式】
[00巧]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步介紹。
[0026] -、海量多元數(shù)據(jù)分層歸類
[0027] 網(wǎng)絡(luò)安全態(tài)勢(shì)數(shù)據(jù)，來(lái)源廣、數(shù)量大。為了更好地滿足安全決策人員的觀察需求， 就要求首先對(duì)海量、多元的情報(bào)數(shù)據(jù)進(jìn)行分層歸類整理，確定網(wǎng)絡(luò)安全態(tài)勢(shì)顯示要素。
[0028] 二、基于資源分層管理的網(wǎng)絡(luò)態(tài)勢(shì)顯示架構(gòu)
[0029] 網(wǎng)絡(luò)安全態(tài)勢(shì)顯示要素是態(tài)勢(shì)顯示系統(tǒng)的核也數(shù)據(jù)。態(tài)勢(shì)顯示要素的整理和分析 是態(tài)勢(shì)綜合顯示數(shù)據(jù)組織管理、系統(tǒng)內(nèi)部數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)構(gòu)建的基礎(chǔ)。因此，第一步需要將從網(wǎng)絡(luò) 安全決策人員的角度對(duì)態(tài)勢(shì)顯示要素進(jìn)行分析整理，形成基礎(chǔ)的態(tài)勢(shì)顯示數(shù)據(jù)集的要素框 架，為后續(xù)顯示功能開(kāi)發(fā)提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。
[0030] 本發(fā)明將針對(duì)各類網(wǎng)絡(luò)實(shí)體資源的多樣性、分布式、動(dòng)態(tài)性等特點(diǎn)，兼顧網(wǎng)絡(luò)多樣 性和面向用戶需求的態(tài)勢(shì)展示傾向性，提出了基于資源分層管理的網(wǎng)絡(luò)態(tài)勢(shì)顯示架構(gòu)，該 場(chǎng)景將網(wǎng)絡(luò)安全態(tài)勢(shì)從縱向分為H層；實(shí)體資源層、虛擬映射層和安全態(tài)勢(shì)層。圖1展示了 基于資源分層管理的網(wǎng)絡(luò)態(tài)勢(shì)顯示架構(gòu)示意圖。
[003。 實(shí)體資源層主要包括交換機(jī)、路由器、服務(wù)器、無(wú)線中繼、社交網(wǎng)用戶、PC等，是網(wǎng) 絡(luò)數(shù)據(jù)傳遞、輿論熱點(diǎn)擴(kuò)散、關(guān)鍵業(yè)務(wù)支撐的承載者。該層在網(wǎng)絡(luò)安全態(tài)勢(shì)顯示圖中為最底 層，顏色最不顯著，可配合地理圖展示各類網(wǎng)絡(luò)的總體架構(gòu)。
[0032] 運(yùn)行映射層主要包括重要的設(shè)備、網(wǎng)元節(jié)點(diǎn)、社交用戶的基本運(yùn)行屬性，例如吞吐 量、路由交換節(jié)點(diǎn)負(fù)載、社交用戶關(guān)注度、關(guān)鍵業(yè)務(wù)服務(wù)器負(fù)載、重要的節(jié)點(diǎn)與社交用戶。該 層關(guān)注于展現(xiàn)各個(gè)目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)的連通、運(yùn)行、重要節(jié)點(diǎn)、服務(wù)支撐、運(yùn)行維護(hù)情況。該層在網(wǎng) 絡(luò)安全態(tài)勢(shì)顯示圖中為中間層，顏色中等顯著，主要用于展示各類網(wǎng)絡(luò)的主要屬性、運(yùn)行狀 況，給決策者提供態(tài)勢(shì)的全面的輔助信息。
[0033] 安全態(tài)勢(shì)層主要包括重點(diǎn)目標(biāo)的安全屬性，例如公共互聯(lián)網(wǎng)中服務(wù)器提供服務(wù)的 能力與安全狀態(tài)、關(guān)鍵業(yè)務(wù)服務(wù)器安全狀態(tài)、內(nèi)網(wǎng)關(guān)鍵主機(jī)安全等級(jí)、敏感輿論熱點(diǎn)傳播情 況等。該層在網(wǎng)絡(luò)安全態(tài)勢(shì)顯示圖中為最上層，顏色最顯著，主要用于展示重要目標(biāo)的安全 屬性變化情況，給決策者展示最需關(guān)注態(tài)勢(shì)變化情況。
[0034] 網(wǎng)絡(luò)安全態(tài)勢(shì)圖并不是對(duì)網(wǎng)絡(luò)態(tài)勢(shì)整體的詳細(xì)描述。海量多元數(shù)據(jù)分層歸類，由 實(shí)體資源層到運(yùn)行映射層再到安全態(tài)勢(shì)層，實(shí)際上是逐步對(duì)安全態(tài)勢(shì)數(shù)據(jù)進(jìn)行了抽象深 化，重點(diǎn)凸顯。
[00巧]在網(wǎng)絡(luò)安全態(tài)勢(shì)顯示資源進(jìn)行分層管理的基礎(chǔ)上，需要基于公共通信網(wǎng)、關(guān)鍵業(yè) 務(wù)網(wǎng)、社交網(wǎng)H大類網(wǎng)絡(luò)類型，對(duì)每一類網(wǎng)中需要展示的態(tài)勢(shì)要素進(jìn)行歸納梳理。
[0036] 公共通信網(wǎng)主要包括W IP技術(shù)為體制的Internet網(wǎng)、WLAN、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)在內(nèi)的公 共開(kāi)放性互聯(lián)互通網(wǎng)絡(luò)。
[0037] (1)實(shí)體資源層顯示要素主要路由交換設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)終端設(shè)備、服務(wù)器、安防設(shè)備、通 信鏈路。
[0038] (2)運(yùn)行映射層顯示要素主要包括各類網(wǎng)元節(jié)點(diǎn)屬性、各類通信鏈路屬性、網(wǎng)絡(luò)通 信狀態(tài)、路由節(jié)點(diǎn)負(fù)載、服務(wù)器負(fù)載。
[0039] (3)安全態(tài)勢(shì)層顯示要素主要有服務(wù)器（如DNS服務(wù)器）服務(wù)能力、服務(wù)器安全狀 況、重要交換中也與設(shè)備的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)能力、各類安全設(shè)備安防狀態(tài)。
[0040] 關(guān)鍵業(yè)務(wù)網(wǎng)主要指承載國(guó)民政治、經(jīng)濟(jì)關(guān)鍵業(yè)務(wù)的專用網(wǎng)絡(luò)，主要由專有控制設(shè) 備、通信系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成。網(wǎng)絡(luò)安全態(tài)勢(shì)顯示系統(tǒng)關(guān)注的關(guān)鍵業(yè)務(wù)網(wǎng)主要包括工控 網(wǎng)、電力網(wǎng)、交通網(wǎng)、金融網(wǎng)、政務(wù)網(wǎng)、空管系統(tǒng)。其分層顯示要素如下：
[0041] (1)實(shí)體資源層顯示要素主要包括管控網(wǎng)網(wǎng)元、專用通信設(shè)備、通信鏈路、網(wǎng)絡(luò)安 防設(shè)備、內(nèi)外網(wǎng)隔離設(shè)備、專用控制設(shè)備。
[0042] (2)運(yùn)行映射層顯示要素主要包括管控網(wǎng)網(wǎng)元屬性、專用通信設(shè)備屬性、通信鏈路 屬性、網(wǎng)絡(luò)連通情況、管控協(xié)議。
[0043] (3)安全態(tài)勢(shì)層顯示要素主要有系統(tǒng)業(yè)務(wù)能力、管控網(wǎng)網(wǎng)元安全狀況、安全設(shè)備安 防狀態(tài)、管控業(yè)務(wù)影響范圍與程度。
[0044] 社交網(wǎng)主要包括輿情熱點(diǎn)信息分布網(wǎng)和用戶群社交關(guān)系網(wǎng)。
[0045] (1)實(shí)體資源層顯示要素主要有社交網(wǎng)絡(luò)基本情況、關(guān)鍵用戶地理分布、關(guān)鍵用戶 社義關(guān)系等。
[0046] (2)運(yùn)行映射層顯示要素主要有熱點(diǎn)話題信息、熱點(diǎn)話題發(fā)源地、熱點(diǎn)話題分布與 蔓延情況；
[0047] (3)安全態(tài)勢(shì)層顯示要素主要有重要輿情信息與發(fā)源地、重要輿情傳播情況、重要 輿情關(guān)注人群及影響程度。
[0048] 綜合上述各類各類網(wǎng)絡(luò)情報(bào)數(shù)據(jù)分類整理規(guī)則，可按照如圖2所示歸類海量多元 數(shù)據(jù)。
[0049] H、基于圖靈機(jī)的安全態(tài)勢(shì)網(wǎng)絡(luò)模型
[0050] 本發(fā)明關(guān)注的"用戶需求"實(shí)際上包含兩方面，一是用戶在維護(hù)網(wǎng)絡(luò)安全狀態(tài)時(shí)， 需要根據(jù)需求做出實(shí)時(shí)調(diào)整，改變網(wǎng)絡(luò)元素的安全屬性，即用戶網(wǎng)絡(luò)安全需求；另一方面， 用戶在觀察態(tài)勢(shì)展示時(shí)，需要對(duì)重點(diǎn)目標(biāo)給與更多關(guān)注，即用戶安全態(tài)勢(shì)需求。在構(gòu)建模型 時(shí)，用戶提出總體安全需求出發(fā)，網(wǎng)絡(luò)維護(hù)人員將用戶安全需求進(jìn)行分解為具體的安全配 置。
[0051] 借鑒圖靈機(jī)的思想，提出一種對(duì)虛擬資源與功能模塊的形式化描述，其中利用狀 態(tài)集合來(lái)標(biāo)識(shí)各層的資源屬性；為設(shè)計(jì)合理的虛擬資源管理架構(gòu)，首先需要對(duì)實(shí)體資源 層、虛擬映射層和控制層的交互行為進(jìn)行抽象建模，為了方便建模分析數(shù)據(jù)交互、狀態(tài)轉(zhuǎn)換 的過(guò)程，將上一節(jié)的H層模型抽象為如圖3所示的兩層控制-數(shù)據(jù)平面。特別的，兩層控 制-數(shù)據(jù)平面是為了建模和數(shù)據(jù)運(yùn)算，而態(tài)勢(shì)顯示仍使用H層模型。
[0052] 控制平面實(shí)際上包含了安全態(tài)勢(shì)層、抽象的用戶需求、抽象網(wǎng)絡(luò)元素（用戶關(guān)注 的重要元素）。該層的主要作用有兩個(gè)；一是對(duì)接收用戶需求，具體分解為具體的數(shù)據(jù)調(diào)整 方案；二是感知網(wǎng)絡(luò)安全態(tài)勢(shì)，對(duì)大量網(wǎng)絡(luò)實(shí)體狀態(tài)進(jìn)行分析、判定，找出安全人員關(guān)注的 重點(diǎn)節(jié)點(diǎn)、屬性、事件進(jìn)行突出展示。
[0053] 數(shù)據(jù)平面實(shí)際上是運(yùn)行映射層與實(shí)體資源層的數(shù)據(jù)映射，是對(duì)物理節(jié)點(diǎn)、鏈路的 具體的資源抽象，該層的主要作用是接收用戶安全需求數(shù)據(jù)，從而產(chǎn)生新的數(shù)據(jù)平面和控 制平面狀態(tài)。本方案建立了基于圖靈機(jī)的安全態(tài)勢(shì)網(wǎng)絡(luò)模型，如圖4所示。
[0054]圖4對(duì)數(shù)據(jù)平面和控制平面W及二者之間的交互進(jìn)行了抽象。利用輸入狀態(tài)集合 來(lái)表示實(shí)體資源層與運(yùn)行映射層、運(yùn)行映射層與安全態(tài)勢(shì)層之間的交互屬性；利用轉(zhuǎn)移函 數(shù)來(lái)表示控制平面的計(jì)算陣列和數(shù)據(jù)平面的執(zhí)行模塊，并依據(jù)該抽象模型對(duì)實(shí)體網(wǎng)絡(luò)和虛 擬網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行拓?fù)涮卣鞣治?。抽象后的模型由一個(gè)五元組M=化2, 6, 6。，巧組成，其中： [00巧](1化---有限的狀態(tài)集合 [005引 E =巧。，Ei)是狀態(tài)的非空有限集合，其中：
[0057] 勾=(/^、乂，紐，公）表示數(shù)據(jù)平面的狀態(tài)，其中下標(biāo)S表示物理網(wǎng)絡(luò)；Ns是物理 網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)集合；Vs是物理網(wǎng)絡(luò)中的鏈路集合；指物理網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的屬性集合，如節(jié) 點(diǎn)連通情況；公指物理網(wǎng)絡(luò)中鏈路的屬性集合，如可用帶寬資源。
[005引與=(AS/,巧，好)表示控制平面的狀態(tài)，關(guān)注用戶需求，其中下標(biāo)M表示虛擬 映射網(wǎng)絡(luò)；Nm是虛擬網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)集合；Vm是虛擬網(wǎng)絡(luò)中的鏈路集合；C?占表示虛擬網(wǎng)絡(luò)中 節(jié)點(diǎn)約束條件，如最大服務(wù)用戶數(shù)；貧表示虛擬網(wǎng)絡(luò)中鏈路的約束條件，如傳輸時(shí)延、帶寬 資源的需求。
[005引 似2--輸入的有限集合
[0060] I： = IS。，SJ為輸入的有限集合，在實(shí)際空間表示實(shí)施了能干擾網(wǎng)絡(luò)安全狀態(tài) 的人為的操作，其中：
[0061] 2。為數(shù)據(jù)平面的輸入，是E。的子集；
[006引 Si為控制平面的輸入，由用戶需求控制，對(duì)該平面上的所有節(jié)點(diǎn)、鏈路產(chǎn)生作用， 是Ei的子集。
[0063] (3)5--狀態(tài)轉(zhuǎn)移函數(shù)
[0064] 5 ={ 5。，5 J為狀態(tài)轉(zhuǎn)移函數(shù)，其中：
[006引 5。： E eXE。一 E eXE'。為數(shù)據(jù)平面的轉(zhuǎn)移函數(shù)，數(shù)據(jù)平面通過(guò)控巧Ij平面下發(fā)的轉(zhuǎn) 移函數(shù)5。，將數(shù)據(jù)平面輸入2。和數(shù)據(jù)平面狀態(tài)E。利用轉(zhuǎn)移函數(shù)6。更新操作處理后的數(shù) 據(jù)平面狀態(tài)E'。；
[006引 5i: E iXEi -E iXE'i為控制平面的轉(zhuǎn)移函數(shù)，根據(jù)控制平面狀態(tài)Ei及Vv映射 為控制平面輸入2 1，如果通過(guò)計(jì)算得到滿足需求的可用路徑，則生成數(shù)據(jù)平面的轉(zhuǎn)移函數(shù) 5。，并將控制平面新的狀態(tài)E' 1返回；否則請(qǐng)求延遲映射。
[0067] (4) e〇--初始狀態(tài)
[006引 e。來(lái)表示一個(gè)虛擬網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求與= 貨，每）。
[0069] (S)H終止?fàn)顟B(tài)集合
[0070] H表示虛擬網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求施加到實(shí)體網(wǎng)絡(luò)，實(shí)體網(wǎng)絡(luò)態(tài)勢(shì)計(jì)算完成后進(jìn)入終止接受狀 態(tài)。當(dāng)虛擬網(wǎng)絡(luò)離開(kāi)底層網(wǎng)絡(luò)時(shí)，為其分配的資源將被釋放。但用戶需求不能被滿足時(shí)進(jìn) 入，終止拒絕狀態(tài)。
[0071] 四、面向用戶需求的網(wǎng)絡(luò)安全態(tài)勢(shì)分級(jí)顯示方案
[0072] 用戶的安全態(tài)勢(shì)需求，要求態(tài)勢(shì)展示系統(tǒng)有選擇的突出展示用戶重點(diǎn)關(guān)注的節(jié) 點(diǎn)、鏈路、事件等?；谫Y源分層管理的網(wǎng)絡(luò)態(tài)勢(shì)顯示架構(gòu)確定了網(wǎng)絡(luò)安全態(tài)勢(shì)的顯示模式 W及顯示環(huán)境。在此基礎(chǔ)上，需要分析整理網(wǎng)絡(luò)態(tài)勢(shì)要顯示的要素，提取滿足用戶態(tài)勢(shì)需求 的要素。本文通過(guò)對(duì)重要元素劃分優(yōu)先級(jí)，判定不同要素對(duì)于態(tài)勢(shì)顯示的重要程度，制定了 面向用戶需求的網(wǎng)絡(luò)安全態(tài)勢(shì)分級(jí)顯示方案，如圖5所示。
[0073] 對(duì)于穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)安全態(tài)勢(shì)而言，在沒(méi)有改變安全格局的突發(fā)性事件介入之前，全 網(wǎng)各節(jié)點(diǎn)的安全屬性應(yīng)該在一個(gè)可控的范圍內(nèi)變化。當(dāng)加入新的安全措施或是發(fā)生惡意行 為時(shí)，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的安全屬性就會(huì)發(fā)生超出正常范圍的變化。從另一個(gè)方面講，如果一個(gè)網(wǎng)絡(luò) 節(jié)點(diǎn)的安全屬性發(fā)生了較大的變化，那該個(gè)節(jié)點(diǎn)就是網(wǎng)絡(luò)安全人員需要實(shí)時(shí)關(guān)注的節(jié)點(diǎn)。
[0074] 基于回聲狀態(tài)網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)安全態(tài)勢(shì)預(yù)巧Ij;基于回聲狀態(tài)網(wǎng)絡(luò)（echo state network, ESN)對(duì)網(wǎng)絡(luò)的安全態(tài)勢(shì)進(jìn)行預(yù)測(cè)，找出網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的安全屬性變化規(guī)律，并將預(yù)測(cè) 值與實(shí)際的測(cè)量值進(jìn)行對(duì)比，從而確定網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)安全屬性的變化是否超出正常范圍。該預(yù) 測(cè)算法由L個(gè)輸入，M個(gè)輸出，包含N個(gè)神經(jīng)元的庫(kù)構(gòu)成，各層間通過(guò)權(quán)值連接。根據(jù)網(wǎng)絡(luò) 節(jié)點(diǎn)的歷史安全屬性值y(t)，其中t= 1，2,…，n，利用公式進(jìn)行儲(chǔ)備池狀態(tài)更新：
[00 巧]X (t+1) = f 師化11 (t+1) +Wx (t) +WbaciJ (t))
[007引其中x(t)為第t步的儲(chǔ)備池狀態(tài)向量；u(t)為第t步的輸入，f(.)為儲(chǔ)備池節(jié)點(diǎn) 的激勵(lì)函數(shù)，Ww Wbaek和W分別為輸入連接、輸出反饋連接和儲(chǔ)備池內(nèi)部連接的權(quán)值矩陣，網(wǎng) 絡(luò)的輸出計(jì)算方式如下：
[0077] y (t+1) = f (Wout (U (t+1)，X (t+1)，y (t)))
[0078] 其中Wwt為輸出權(quán)值矩陣，f(.)為輸出節(jié)點(diǎn)的激勵(lì)函數(shù)。在算法運(yùn)行過(guò)程中，利 用y (t+1)的預(yù)測(cè)是和實(shí)際的觀測(cè)值進(jìn)行的差值，利用最小均方誤差的原則進(jìn)行調(diào)整，不斷 修正非線性狀態(tài)空間，提高預(yù)測(cè)算法的精度。
[0079] 優(yōu)先級(jí)判定顯示：優(yōu)先級(jí)判定顯示是為了將網(wǎng)絡(luò)元素劃分等級(jí)，優(yōu)先級(jí)越高，在態(tài) 勢(shì)圖上也就越凸顯，W引起網(wǎng)絡(luò)維護(hù)人員的關(guān)注。
[0080] 第一優(yōu)先級(jí)顯示的是網(wǎng)絡(luò)中產(chǎn)生重要變化的元素，定義為{Ni，LJ，其中Ni和Li分 別代表網(wǎng)絡(luò)態(tài)勢(shì)中的為第一優(yōu)先級(jí)顯示的節(jié)點(diǎn)和鏈路。
[00則網(wǎng)絡(luò)安全人員在觀察網(wǎng)絡(luò)態(tài)勢(shì)時(shí)，會(huì)選擇重點(diǎn)關(guān)注的區(qū)域，比如某地的網(wǎng)絡(luò)狀況 或某運(yùn)營(yíng)商節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)安全狀況。因此，網(wǎng)絡(luò)態(tài)勢(shì)需要根據(jù)用戶需求，展示關(guān)注特定的區(qū) 域，并在該作用區(qū)域內(nèi)，判斷節(jié)點(diǎn)屬性、鏈路屬性變化的情況。
[0082] 由于變化分為正常變化和依據(jù)用戶需求的變化，所W需要提取常態(tài)變化特征，將 常態(tài)特征剝離，從而得到用戶需求的屬性變化節(jié)點(diǎn)、鏈路集。其中常態(tài)變化特征由上一節(jié)的 網(wǎng)絡(luò)態(tài)勢(shì)預(yù)測(cè)得到。
[0083] 該里將節(jié)點(diǎn)和鏈路統(tǒng)一稱為網(wǎng)絡(luò)元素，定義網(wǎng)絡(luò)元素的屬性集合為hii，Qc，… ，qj。其中i代表第i個(gè)網(wǎng)絡(luò)元素。
[0084] 安全人員對(duì)各網(wǎng)絡(luò)元素的安全屬性進(jìn)行連續(xù)的監(jiān)測(cè)和周期性離散時(shí)間預(yù)測(cè)。
[0085] 定義第一優(yōu)先級(jí)網(wǎng)絡(luò)元素：
[0086] 如果網(wǎng)絡(luò)元素i在時(shí)刻t，觀測(cè)到其屬性Ki變化滿足
[0087]

【權(quán)利要求】
1. 一種面向用戶需求的海量多元數(shù)據(jù)態(tài)勢(shì)顯示方法，其特征在于，包括以下步驟： 步驟一、將傳感器收集的態(tài)勢(shì)顯示數(shù)據(jù)，按照公共通信網(wǎng)、關(guān)鍵業(yè)務(wù)網(wǎng)、社交網(wǎng)分類，根 據(jù)實(shí)體資源層、運(yùn)行映射層和安全態(tài)勢(shì)層進(jìn)行分層整理； 步驟二、將步驟一中歸類整理后的數(shù)據(jù)，按照控制-數(shù)據(jù)兩層平面模型，實(shí)時(shí)計(jì)算兩個(gè) 平面的有限狀態(tài)集合； 步驟三、利用回聲狀態(tài)網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的安全屬性變化； 步驟四、將網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的實(shí)測(cè)安全屬性與步驟三中預(yù)測(cè)的安全屬性進(jìn)行對(duì)比，按照網(wǎng)絡(luò) 元素不同優(yōu)先級(jí)的定義，確定其展示優(yōu)先級(jí)； 步驟五、根據(jù)優(yōu)先級(jí)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)優(yōu)先級(jí)順序，在態(tài)勢(shì)圖上以節(jié)點(diǎn)的大小和顏色來(lái)區(qū)分標(biāo) 繪。
2. 如權(quán)利要求1所述的一種面向用戶需求的海量多元數(shù)據(jù)態(tài)勢(shì)顯示方法，其特征在 于，其中所述的實(shí)體資源層主要包括交換機(jī)、路由器、服務(wù)器、無(wú)線中繼、社交網(wǎng)用戶、PC，在 網(wǎng)絡(luò)安全態(tài)勢(shì)顯示圖中為最底層。
3. 如權(quán)利要求1所述的一種面向用戶需求的海量多元數(shù)據(jù)態(tài)勢(shì)顯示方法，其特征在 于，其中所述的運(yùn)行映射層主要包括重要的設(shè)備、網(wǎng)元節(jié)點(diǎn)、社交用戶的基本運(yùn)行屬性，在 網(wǎng)絡(luò)安全態(tài)勢(shì)顯示圖中為中間層。
4. 如權(quán)利要求1所述的一種面向用戶需求的海量多元數(shù)據(jù)態(tài)勢(shì)顯示方法，其特征在 于，其中所述的安全態(tài)勢(shì)層主要包括重點(diǎn)目標(biāo)的安全屬性，即公共互聯(lián)網(wǎng)中服務(wù)器提供服 務(wù)的能力與安全狀態(tài)、關(guān)鍵業(yè)務(wù)服務(wù)器安全狀態(tài)、內(nèi)網(wǎng)關(guān)鍵主機(jī)安全等級(jí)、敏感輿論熱點(diǎn)傳 播情況，在網(wǎng)絡(luò)安全態(tài)勢(shì)顯示圖中為最上層。
5. 如權(quán)利要求1或2或3或4所述的一種面向用戶需求的海量多元數(shù)據(jù)態(tài)勢(shì)顯示方 法，其特征在于，所述的平面模型由一個(gè)五元組M= (E，2, S，e(l，H)組成，其中： (1) E有限的狀態(tài)集合 E = (Ec^E1)是狀態(tài)的非空有限集合，其中： 表示數(shù)據(jù)平面的狀態(tài)，其中下標(biāo)S表示物理網(wǎng)絡(luò)；NS是物理網(wǎng)絡(luò) 中的節(jié)點(diǎn)集合；VS是物理網(wǎng)絡(luò)中的鏈路集合；這"指物理網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的屬性集合；d指物 理網(wǎng)絡(luò)中鏈路的屬性集合； A =(#p/, 6/, 表示控制平面的狀態(tài)，其中下標(biāo)M表示虛擬映射網(wǎng)絡(luò)；Nm是虛擬 網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)集合；vM是虛擬網(wǎng)絡(luò)中的鏈路集合；表示虛擬網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)約束條件； 表示虛擬網(wǎng)絡(luò)中鏈路的約束條件； (2) I：輸入的有限集合 I： = Utl, 為輸入的有限集合，在實(shí)際空間表示實(shí)施能干擾網(wǎng)絡(luò)安全狀態(tài)的人為 的操作，其中： 2 C1為數(shù)據(jù)平面的輸入，是Etl的子集； S1為控制平面的輸入，由用戶需求控制，對(duì)該平面上的所有節(jié)點(diǎn)、鏈路產(chǎn)生作用，是E1的子集； (3) 8 狀態(tài)轉(zhuǎn)移函數(shù) 5 = {5(|，51丨為狀態(tài)轉(zhuǎn)移函數(shù)，其中： Stl: E ClXEtl^E C1XE^S數(shù)據(jù)平面的轉(zhuǎn)移函數(shù)，數(shù)據(jù)平面通過(guò)控制平面下發(fā)的轉(zhuǎn)移函 數(shù)Stl，將數(shù)據(jù)平面輸入數(shù)據(jù)平面狀態(tài)Etl利用轉(zhuǎn)移函數(shù)Sci更新操作處理后的數(shù)據(jù)平 面狀態(tài); S1: E iXEi-E 'E1'為控制平面的轉(zhuǎn)移函數(shù)，根據(jù)控制平面狀態(tài)E1及Vv映射為控 制平面輸入S1，如果通過(guò)計(jì)算得到滿足需求的可用路徑，則生成數(shù)據(jù)平面的轉(zhuǎn)移函數(shù)Sci, 并將控制平面新的狀態(tài)E' ：返回；否則請(qǐng)求延遲映射； (4) e〇初始狀態(tài) eQ表不一個(gè)虛擬網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求左I = （j/，U : (5) H 終止?fàn)顟B(tài)集合 H表示虛擬網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求施加到實(shí)體網(wǎng)絡(luò)，實(shí)體網(wǎng)絡(luò)態(tài)勢(shì)計(jì)算完成后進(jìn)入終止接受狀態(tài)； 當(dāng)虛擬網(wǎng)絡(luò)離開(kāi)底層網(wǎng)絡(luò)時(shí)，為其分配的資源將被釋放。但用戶需求不能被滿足時(shí)進(jìn)入，終 止拒絕狀態(tài)。
6. -種面向用戶需求的海量多元數(shù)據(jù)態(tài)勢(shì)顯示系統(tǒng)，其特征在于：包括海量多元數(shù)據(jù) 分層歸類模塊、圖靈機(jī)數(shù)據(jù)處理模塊、節(jié)點(diǎn)安全狀態(tài)預(yù)測(cè)模塊、節(jié)點(diǎn)優(yōu)先級(jí)判定模塊、網(wǎng)絡(luò) 安全態(tài)勢(shì)標(biāo)繪模塊；其中： 海量多元數(shù)據(jù)分層歸類模塊負(fù)責(zé)將傳感器收集的態(tài)勢(shì)顯示數(shù)據(jù)，按照公共通信網(wǎng)、關(guān) 鍵業(yè)務(wù)網(wǎng)、社交網(wǎng)分類，根據(jù)實(shí)體資源層、運(yùn)行映射層和安全態(tài)勢(shì)層進(jìn)行分層整理； 圖靈機(jī)數(shù)據(jù)處理模塊負(fù)責(zé)將海量多元數(shù)據(jù)分層歸類模塊中歸類整理后的數(shù)據(jù)，按照控 制-數(shù)據(jù)兩層平面模型，實(shí)時(shí)計(jì)算兩個(gè)平面的有限狀態(tài)集合； 節(jié)點(diǎn)安全狀態(tài)預(yù)測(cè)模塊負(fù)責(zé)利用回聲狀態(tài)網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的安全屬性變化； 節(jié)點(diǎn)優(yōu)先級(jí)判定模塊負(fù)責(zé)將網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的實(shí)測(cè)安全屬性與步驟三中預(yù)測(cè)的安全屬性進(jìn) 行對(duì)比，按照網(wǎng)絡(luò)元素不同優(yōu)先級(jí)的定義，確定其展示優(yōu)先級(jí)； 網(wǎng)絡(luò)安全態(tài)勢(shì)標(biāo)繪模塊負(fù)責(zé)根據(jù)優(yōu)先級(jí)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)優(yōu)先級(jí)順序，在態(tài)勢(shì)圖上以節(jié)點(diǎn)的大 小和顏色來(lái)區(qū)分標(biāo)繪。
【文檔編號(hào)】H04L29/06GK104363104SQ201410513361
【公開(kāi)日】2015年2月18日 申請(qǐng)日期:2014年9月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月29日
【發(fā)明者】譚震, 俞賽賽, 陳衍鈴, 劉文瀚, 郭世澤, 么健石, 王宇, 王小娟, 任傳倫, 張先國(guó), 田瑋, 葉豐 申請(qǐng)人:中國(guó)人民解放軍總參謀部第五十四研究所