第一章 绪论

1.1 研究背景

今天，通常情况下，我们把网络攻击者通称为黑客。

最初，"黑客"（HACKER）是一个褒义词，指的是那些尽力挖掘计算机程序的最大潜力，可以随心所欲编写计算机程序实现自己意图的计算机高手。20世纪60年代初 ，装备有巨型计算机的大学校园，比如麻省理工大学的人工智能实验室，开始成为黑客们施展拳脚的舞台。他们利用编程寻找计算机、操作系统等的错误促进了计算机的发展。

然而，70年代以后黑客利用其技术开始了犯罪。

70年代，John Draper发现通过在孩子们用的一种饼干盒里发出哨声，可以制造出精确的音频输入话筒让电话系统开启线路，从而可以借此进行免费的长途通话。

80年代，黑客利用计算机侵入包括纪念Sloan-Kettering癌症中心甚至洛斯阿莫斯国家实验室等的计算机系统做案，芝加哥第一国家银行成为一桩7000万美元的电脑抢劫案的受害者。

90年代，AT&T的长途服务系统在马丁路德金纪念日崩溃，美国联邦网站大量被黑，包括美国司法部，美国空军，中央情报局和美国航空航天管理局等。美国审计总局的报告表明仅仅1995年美国国防部就遭到黑客侵袭达25万次之多。

2006年3月21日，赛门铁克发布《第十一期互联网安全威胁研究报告 (Internet Security Threat Report)》。根据报告显示，当前威胁环境的主要特征是数据窃取、数据泄漏和为了获利而以特定组织为目标进行攻击所创造的恶意代码不断增加。攻击者不断改进攻击方法，逃避检测，进而建立全球性的协作网络，用来支持持续增长的犯罪活动。网络犯罪者以获利为目的，不断开发目的性更强的恶意威胁，试图在窃取机密信息时逃避检测。

网络罪犯越来越不怀好意，他们不断改良攻击方法，使其更加精密而复杂而逃避检测。无论是消费者还是企业用户，所有的终端用户都需要部署适当的安全措施，才能防范攻击者访问机密信息，避免经济损失、对重要客户造成伤害、或是使其信誉受损。

随着全球网络化、信息化的迅速发展，网络与信息安全问题日益严重。网络入侵及安全事件的发生越来越频繁。信息战也已经成为国内外越来越热门的词汇。各种信息在公共通信网络上存储、传输，可能被目的各异的供给者非法窃听、截取、篡改和毁灭，从而造成不可估量的损失。尤其对于银行系统、商业系统、军事部门尤为重要。

当前的黑客为了显示自己的技术，专门破解机关或企业网站。但是最近，有组织、有针对性的金钱盗取事例不断增多。瞄准金钱的黑客越来越多。黑客组织的利益化使得对网络的破坏性更大。

2007年1月在瑞典发生了历史上损失最惨重的“银行强盗”事件，瑞典最大的银行——诺迪亚银行250名顾客的800万瑞典克朗被抢。但是抢劫犯不仅没带枪械和刀等凶器，甚至没有进入银行。原来是黑客盗取用户账号信息后，在网络银行转账，将钱抢走。瑞典警方却在案发15个月后才得知这一事实。

2007年3月中旬，韩国花旗银行网上信用卡结算代办系统遭到攻击，造成20名顾客账户的5000余万韩元被擅自结算。上月在韩国国民银行和农协的网络银行，5000名顾客的注册认证书也被黑客盗取。黑客诱骗顾客登录伪装的网站。30多名顾客被假网站所骗，将保安卡账号和密码拱手交给黑客。

计算机安全技术发展经历了信息保密、信息保护和信息保障三个历程。

20世纪大部分时间，人们对付专业化攻击的手段采用的保护措施就是加密;

20世纪90年代前后，随着信息的发展和互联网的兴起，人们逐步意识到数字化信息除了有保密性需要外，还有信息的完整性、信息和信息系统的可用性需求，因此明确提出了信息安全就是要保证信息的保密性、完整性和可用性。这一时期被描述为信息保护阶段;

从90年代后期开始，人们开始认识到安全的概念己经不局限于信息的保护，人们需要的是对整体信息和信息系统的保护和防御，包括了对信息的保护、检测、反应和恢复能力，除了要进行信息的安全保护，还要重视提高安全预警能力。系统的入侵检测能力，系统的事件反应能力和系统遭到入侵引起破坏的快速修复能力。

网络安全是“三分技术，七分管理”。人们开始寻求一种在体系对体系、多波次对多波次以及快速变化的策略集合条件下的攻防技术。美国人最先将博弈理论和博弈模型引入到计算机网络攻防对抗的研究之中，并迅速产生了广泛的反响。

1.2 相关工作

国外计算机技术发展起步早，计算机网络普及很广，无论在技术层面，还是宏观管理层次上，西方国家对网络安全的研究都是领先的。

在军事层面上，对策论应用在军事信息对抗中——假想敌采取行动和策略去打乱己方网络。Browne用静态对策来分析复杂不同种类的军事网络攻击的。在他的事例中,防御团队必须防护网络以对抗攻击团队的蠕虫攻击。根据连续的攻击和防卫行为，每一次的结果都有不同的损失值。Bruke在信息对抗软件中研究用不完全信息的重复对策模拟双方的应用——预测敌方的策略和运用对策模型防卫对方。

在现代网络中，对策论已用于研究流量控制、链环容量分配、服务器分配、沿虚回路负载与流量的权衡、多用户共享网络最小化流量等问题。其中，Bohacek把对一个数据传输网络而言，稳健的路径策论归结为路径设计者与试图截取数据报的对手的二人零和对策，在不同的规则和信息结构下研究。

Mcinerney在FRIARS决策系统中用简单的单人对策描述系统攻击，其目的只是用来预测对手某一时刻下一步的行为。

虽然我国计算机技术起步晚，主流研究方向还处于技术层面，但仍有一部分人从事管理层面研究。例如，李博远在对抗系统模糊博弈模型的基础上，结合信息安全保障的实践情况，提出了基于博弈论的网络攻防决策与策略选择模型及其分析方法。蒋建春博士给出了一个基于攻击上下文的入侵检测模型及算法，该模型及算法根据网络攻击在各阶段的特点及相互依赖关系，充分利用攻击环境、攻击效果的上下文信息来发现攻击者的入侵行为。

1.3 论文内容

在本篇论文中，我们将描述怎么运用对策论来发现策略，不仅对攻击者还有管理者。我们用一个例子（图1.1）——连接在因特网上的本地网络，来说明我们的方法，并且假设它们之间的相互作用为一般和随机对策。

在第二章，首先提出假设，根据博弈过程建立随机对策的正式模型，然后定义其中涉及到这个网络模型的元素，并描述3种对网络可能的攻击方案及其防护手段。

在第三章，解释了随机对策中纳什均衡的原理，介绍并运用非线性规划计算出对攻击者和管理者而言的纳什均衡策略。

在第四章，改进系统方法后运用马尔可夫决策过程求解最优策略并与第三章的结果比较，解释例子中的这个解。

在第五章对模型进行了分析，找出了其中的不足之处，并指出今后工作的方向。