Cyber攻击对国家关键基础设施级联失效影响建模仿真研究

国家关键基础设施是由物理域系统与控制域系统共同构成的有机整体，随着物理系统与控制系统之间关联依赖关系的日益增强，Cyber攻击造成的跨域级联失效将成为未来国家关键基础设施安全运行面临的最严峻威胁。本课题旨在对Cyber攻击造成国家关键基础设施级联失效的机制进行建模仿真研究。课题以复杂系统、复杂网络理论和多Agent建模方法为基础，将两类系统构成的复杂网络体系整体作为研究对象，重点对两类系统之间的关联关系网络和关联行为特性、与之相关的跨域连锁故障传播动力学机理等相关核心问题进行建模理论与方法研究，在此基础上，构建原理性仿真系统，并以某热点地区的主要基础设施为研究实例，以Cyber攻击为想定背景，通过实例化仿真实验，研究对整体级联影响进行仿真分析的方法，为未来国家关键基础设施的设计规划和脆弱性分析评估、国家关键基础设施的保护和改进、军事运筹综合评估等提供具有前瞻性的理论方法指导和研究成果。

Cyber攻击是当前国家关键基础设施面临的最严峻威胁，面向Cyber攻击的关键基础设施级联效应建模研究，对提高基础设施安全防护能力，增强军事领域新型作战空间及对抗评估研究水平，具有重要的理论和现实意义。然而，传统或专业领域的研究方法大多关注单一系统或静态、直接、物理性毁伤，还难以满足对网络化体系关联依赖及其整体、动态、级联性毁伤研究的需求。为此，项目以复杂性科学为指导，综合运用复杂系统、复杂网络和多Agent建模方法，面向Cyber攻击的级联效应分析需求，对基础设施体系展开建模仿真研究。主要研究内容及成果如下：.一是提出了以网络化交互为中心的EBNI建模描述框架。分析了基础设施网络化体系的复杂性特征，提出了从实体E、行为B和网络化交互NI三个方面对其进行建模的理论框架。该框架扩展了当前军事领域主流的以实体为中心建模理论体系，增加了模型的清晰度和可重用性，能更好体现网络化体系的本质特征和内在机理。.二是提出了大尺度多分辨率网络系统建模方法。针对基础设施多种网络混杂互联、动态演化、空间及功能分布不均匀等特点，提出了一种“虚实融合”的网络生成方法，使所生成网络不仅具备实测网络的拓扑特征，而且也符合多种统计数据对网络属性的约束；将已验证的物理学原理及多领域专业算法，与基于Agent的建模方法相结合，所构建的异构实体模型能更加合理地模拟了各类设施特有的“反应式”行为功能及适应性特征。.三是研究了人机融合的监控决策及监控关联建模方法。将专业监控算法与监控决策规则相结合，构建了人机融合的复杂监控决策行为模型，并基于Agent之间的信息交互，模拟认知域与信息域的跨域关联。构建了三种监控关联的模型，实现了信息域与物理域的跨域关联建模。.四是研究了跨系统关联依赖及级联毁伤传播建模方法。提出了基于着色多层网络的结构模型及其矩阵描述方法，以及基于网络流的功能依赖模型及其矩阵描述方法；描述了Cyber毁伤的跨网多阶传播路径模型，建立了网络流平衡法则、网络流聚合与解聚、基于网络流过载/欠载的毁伤传播等多种跨网络传播模型，实现了对关联依赖及级联毁伤的量化计算。.五是以军事领域作战分析应用需求为牵引，构建了某地区关键基础设施目标体系仿真系统，实现了多领域基础设施模型系统的集成和综合可视化表现，完成了Cyber攻击整体级联毁伤效应的分析实验，验证了建模方法的可行性和级联毁伤指标的有效性。