導航：安全管理網>> 安全論文>> 綜合安全論文>>正文

基于生命周期理論的安全漏洞時間風險研究

文檔作者：來明秋王磊磊于博文檔來源：大連理工大學管理學院		點擊數：	更新時間： 2022年04月27日
下載地址：點擊這里	文件大小： 348.67 KB 共4頁	文檔格式： PDF	下載點數： 1 點（VIP免費）

全屏查看

內容預覽 [文件共4頁]

本文件共4頁，如需編輯使用，請下載。

注：預覽效果可能會出現部分文字亂碼（如口口口）、內容顯示不全等問題，下載是正常的。

	文件大小：348.67 KB 共4頁文件格式：PDF 下載點數：1 點（VIP會員免費）

下一篇：基于免疫危險理論的網絡安全態勢定量感知…

上一篇：基于證據理論的網絡安全風險組合評估方法

文本預覽

僅提取頁面文字內容，供快速閱讀使用。

第37卷
VroI．37
第1期
NO．1
計算機工程
Computer Engineering
2011年1月
January 201 1
·安全技術· 文章■號I l∞o—3428(20llJol—013l—03 文獻標識碼-A 中田分類號l TP309
基于生命周期理論的安全漏洞時間風險研究
來明秋，王磊磊，于博
(大連理工大學管理學院，遼寧大連l 16023)
蔫要：為合理、科學地識別信息安全風險評估中安全漏洞的真實危害程度，引入安全漏洞生命周期概念，提出安拿漏洞的時間風險模型。
該模型利用早期報道的攻擊事件統計量對安全漏洞進行攻擊預測估計，根據結果計算出安全漏洞的攻擊熱度，結合漏洞攻擊技術發展水平
對安全漏洞時間維度上的風險進行評估。以Phf漏洞為例進行分析，結果表明，該風險評估模型可以真實、動態地反映出安全漏洞時間
風險。
關健訶：安全漏洞；生命周期；攻擊熱度；時間風險；評估
Research on Time Risk of Security V|uInerabilitv
Based on Lifecycle Theory
SoNG Ming-qiu，WANG Lei-lei，YU Bo
(School ofManagement,Dalian University ofTechnology,Dalian 116023。China)
[Abstractl The time risk model is proposed to identify the real damage degree of security vulnerability in information security risk evaluation
reasonably and scientifically,combining with vulnerability lifecycle．The subsequent exploitation of the vulnerability is predicted by using Gompertz
model based on the incident report data．and attack heat is calculated．Based on the attack heat and the attack technology development，the evaluation
call be drawn on the time dimension．An example of Phf vulnerability is given to demonstrate the validity of this method，and the result indicates that
it carl reflect time risk truly and dynamically．
[Key wordsl security vulnerability；lifecycle；attack heat；time risk；evaluation
DOI：10．3969／j．issn．1000．3428．2011．01．045
l概述
信息系統安全漏洞是信息時代存在的一種客觀對象，是
導致系統不安全的關鍵因素，已成為安全管理人員與惡意攻
擊者雙方爭奪的焦點。目前在安全漏洞研究領域的漏洞評估
系統方面，重點偏重于檢測和發現上?。存在的少數關于漏
洞評估方面的研究，主要采用依賴于知識和經驗的專家評判
方法12 J。這種方法在評估小型系統方面有計算量小、操作簡
單等優點。但是，隨著信息系統規模日益龐大和復雜化，安
全漏洞的風險狀況呈現出動態變化趨勢，此類靜態的評估結
果已不能準確描述安全漏洞風險狀況。另有學者”1利用攻擊
路徑對安全漏洞從空間角度進行分析，但仍缺少對于漏洞生
命周期整體的考慮。本文從時間角度出發，利用產品生命周
期相關理論，對安全漏洞風險狀況進行系統的分析研究，使
該風險分析結果更具動態性、真實性。
2安全漏洞生命周期理論
軟件在設計與實現上存在的缺陷和人為設置隱蔽功能所
產生的安全隱患，以及軟件運行和維護過程中的管理不當和
設置錯誤，在被人利用后可能造成控制權的部分轉移或全部
轉移，使系統遭到非法控制或是破壞從而喪失合法的控制權，
這樣的安全隱患稱為安全漏洞。
文獻【4l提出了安全漏洞生命周期概念，分析安全漏洞生
命周期中可能存在狀態；而文獻151對安全漏洞生命周期階段
進行了不同的劃分。借鑒前學者的研究。本文把安全漏洞生
命周期分為如F幾個階段：漏洞產生，漏洞發現，漏洞公開，
漏洞修復，漏洞消亡。幾乎任何一個安全漏洞在其生命周期
過程中都有被惡意用戶利用的風險，但是在不同階段，其風
險類型也并不相同。用圖形來表示安全漏洞整個生命周期階
段與風險的關系16I，則如圖I所示。
■嗣所在系筑生命周期
■1安全■舅生令月期與風險
3基于生命周期理論的安全漏洞時間風險分析
如上所述，安全漏洞在其生命周期內劃分為5個階段，
從安全漏洞被發現到其消亡又可分為3種不同風險。分析其
風險變化的原因，主要是安全漏洞關注度、攻擊門檻以及攻
擊工具發展的不同。其中攻擊工具的發展水平是導致攻擊門
檻高低不同的重要因素，因此，將攻擊工具與攻擊門檻統歸
納為攻擊技術發展狀況。本文將從安全漏洞的關注度與攻擊
技術發展程度兩方面進行表述。整體評估過程見圖20
l嗣潤攻擊l ：
一攻擊技術水平評估阿’I堡塑熊塑曼型l I盟!墮墼墮堡
l墼曼絲i上『—■
：
嗣洞攻擊技術及l；
苧?!苧■墨塵?：l苧卡
}一!!竺竺．．{i?一苧竺!竺塑??j l??．．璺竺!竺曼矍??j
■2■■時聞風險評估過程
作者筲介：宋明秋(1967--)，女。副教授、博士。主研方向：網絡安
全；王磊磊、于博。碩士
收稿日期：2010·06-20 E·mall：hnohe2006@163．corn
萬方數據
132 計算機工程2011年1月5日
3．1安全漏涸攻擊熱度
攻擊者的關注主要表現在攻擊量上。當漏洞剛被發現，
安全漏洞的信息掌握者可能是軟件開發商、研究人員或者惡
意用戶，對其攻擊危害研究處于探索階段，并且他們的整體
數量并不多。軟件開發商努力研究安全漏洞修復補丁。但補
丁設計、測試時間會造成一定的安全空白。這段時間，公眾
已經知道系統存在安全風險，越來越多的潛在攻擊者開始關
注此安全漏洞，嘗試對系統進行攻擊。在自色風險階段，軟
件開發商努力縮短漏洞公布與補丁發放時間間隔，但是，許
多用戶會因種種情況未及時修復安全漏洞，通常在補丁發放
數個星期或數月才采取行動。隨著漏洞存在時間的增長，攻
擊者的攻擊方式也會發生改變，例如攻擊會由簡單的代碼供
給轉變成自動攻擊工具，致使越來越多的無經驗攻擊者能夠
利用這些攻擊工具嘗試攻擊。因此，不同的安全漏洞在不同
時刻，其攻擊量也不相同。
由于攻擊量大小范圍的不確定性，導致在對關注度高低
的定性分析方面存在困難，不便于與攻擊技術發展水平的融
合計算。攻擊概率雖為相對值，能夠計算某一時刻安全漏洞
攻擊發生的可能性，但是缺少對安全漏洞生命周期攻擊可能
性的整體考慮。因此，本文提出利用攻擊熱度這一概念，來
描述漏洞的關注程度。
定義(攻擊熱度)指與其他安全漏洞或是該漏洞生命周
期的某時間段相比，其在某特定時間間隔受攻擊者關注、遭
到攻擊的攻擊量大小的相對程度。
具體步驟如下：
(1)預測模型的選擇與處理
據相關研究H’6一J，安全漏洞在其生命周期內的攻擊呈現：
起初增長較快，到一定程度逐漸減少，其累計攻擊量近似呈s
型曲線，符合Gompertz增長曲線模型的特點。因此，采用
Gompertz模型181對安全漏洞生命周期內攻擊量進行擬合。
建立非線性模型，其預測模型為：
y(f)=∥ (1)
定義Ⅵf)表示安全漏洞的累計遭受攻擊量，隨時間t變
化；V是當t-÷oo時所遭受的攻擊量，即安全漏洞在整個生
命周期內受攻擊總數。K是當t．÷0時安全漏洞的受攻擊量；
b表示針對該安全漏洞攻擊的增長速度。
(2)攻擊熱度的計算
利用安全漏洞在整個生命周期內的攻擊預測值，計算該
安全漏洞不同風險類型條件下的攻擊熱度。根據具體情況，
可以對生命周期幾個階段進行細分，分成若干時間間隔。例
如，針對安全漏洞K，將其生命周期瓦劃分成n個時間間隔，
則第J個時間間隔攻擊量或預測量為：
H(J)=V(』+1)-EtJ) 12)
利用功效系數法【91對攻擊熱度指標進行變換。在考慮安
全漏洞攻擊量時，同一安全漏洞若引起的攻擊量高，則表明
該時間間隔安全漏洞的攻擊可能性較高。但對于不同安全漏
洞，攻擊者對其整體關注度不同，表現在整個生命周期攻擊
總量上。對于攻擊總量高的安全漏洞其易利用性明顯要高于
低攻擊量的安全漏洞。根據此特點，需要對不同安全漏洞設
置權重。權重值M的計算方法如下：
M=V／盯警㈦(3)
因此，其改進后的功效系數公式表示如式(4)所示：
巨(D=c+叫×№護ra，in{K(D})／(甲{E(D}一呼{州)1)]Xd
i=L2,?．羈j=1．Z?，^ (4)
其中，丘(J)為安全漏洞Ⅵ在第j個間隔的攻擊熱度；
max{vM))、lIlin{v(肼分別為安全漏洞K在其整個周期中
J ，
攻擊數量的最大值和最小值；c、d均為已知正常數，利用c
實現變換后值的平移，利用d實現對變換后值的放大或縮小。
在本文中，c取值為0．1，d取值為9．9。在評估多個安全漏洞
時，如果某一安全漏洞的預測攻擊總量最大，且劃分的時間
間隔中，存在攻擊量最大，該安全漏洞在此時間間隔的攻擊
熱度分值為10。由此，可以看出，該計算方法的結果并非固
定不變，而是與評估的系統的安全漏洞集合有關。
(3)攻擊熱度等級劃分
參數c、d的取值，決定了攻擊熱度的分值范圍是0．卜10，
通常計算結果為近似值，不能說熱度值為5的安全漏洞，其
熱度等級為中級，分值為4．9的安全漏洞，其熱度等級為低。
鑒于自然語言單詞描述主觀性和模糊性的特點，參照國內外
學者的分類等級研究，把攻擊熱度主要分為高、較高、中、
較低、低5個等級，采用模糊理論中的隸屬函數來度量安全
漏洞屬于某一等級的程度，如圖3所示。
蠹
誓
描
4 6
攻擊熱度值
圈3安全■嗣攻擊燕度隸■函致分布
3．2安全漏洞攻擊技術
隨著安全漏洞生存時間的延長，攻擊者使用的攻擊工具
也會變得便捷和完善，安全漏洞的風險也會逐漸提升。如果
攻擊者利用早期同類安全漏洞的攻擊方法或技術，則此安全
漏洞即便是在生命周期的初期，也可能面臨較高的風險。因
此，不僅要考慮現有針對預評估漏洞的攻擊技術的發展，還
應把前期同類漏洞攻擊技術作為預評估漏洞時間風險考慮內
容。根據CVSS對于攻擊技術發展的分類標準，擬采用4個
等級來對其進行描述，如表l所示。
衰1 安全■稠攻擊技術等量
同樣，建立安全漏洞攻擊技術等級的梯形隸屬函數，如
圖4所示。
1 0
童
t 0．5
餐
00
技術分伍
■4安全■舅攻擊技術辱曩囊■it分布
4安全漏滑時間風險模壅
模糊推理是利用模糊集理論研究不確定性推理的一種有
效方法，目前常使用的算法有Mamdani模糊推理算法、Zadeh
模糊推理算法和Mizumoto模糊推理算法。基于計算效率與
計算復雜性的考慮，本文建議采用Mamdani模糊推理方法，
利用安全漏洞攻擊熱度與攻擊技術水平兩方面的信息，計算
安全漏洞在時間維度上的風險。
萬方數據
第37卷第l期宋明秋，王磊磊，于博：基于生命周期理論的安全漏洞時間風險研究133
4．1 安全漏洞時間風險的模糊規則
將安全漏洞的時IW風險等級分為高、較高、中、低4個
級別，其隸屬函數如圖5所示。
l·0
蠹
眶0．5
餐
0．0
4 6 8
時間風險值
■s 安全■罰時向風險辱投親一函囊分布
用模糊推理規則表示安全漏洞攻擊熱度、攻擊技術與安
全漏洞時間風險之間的總模糊關系。
例如：If該安全漏洞的攻擊熱度為高等級and已經發
現網絡中廣泛流行自動攻擊工具(攻擊技術等級為高)，then
該安全漏洞的時間風險等級為高。
同理，建立所有的模糊規則，匯總所有模糊規則，構成
安全漏洞時間風險的模糊規則庫。其矩陣形式如表2所示。
裹2安全嗣涸的時聞風險矩陣
4．2安全漏洞時間風險的模糊推理
把安會漏洞攻擊熱度與攻擊技術水平的計算結果作為其
時間風險模型的輸入，通過Mamdani模型來計算安全漏洞的
時間風險的準確值，以及其風險程度。
用Z表示安全漏洞時間風險尺與攻擊熱度E和攻擊技術
r三者的總模糊關系，則總模糊關系的數學形式如下：
Z=U目XLXR (5)
f塒正
其中，f、m、n分別表示三者的模糊變量值的個數。針對某
一具體特征向量Ej(J)、瓦’(』)，此時的安全漏洞風險的模糊
向量為：
群(J)=(層j(，)×瓦’(，))oZ (6)
其中，Z’(，)表示在_『時間段針對安全漏洞K的攻擊技術的發
展水平向量；群(』)表示在J時間段，安全漏洞K風險的模
糊向量。
用重心法求安全漏洞時間風險的精確值，公式如下：
10 ／Io
R(』)=(ΣkxR,(』))／(ΣR?(J)) (7)
^卸／k=0
由此，可以了解安全漏洞K在J時間間隔的風險狀況。
利用Matlab對上述過程進行仿真，則能夠得出總的輸入-輸
出曲面。如圖6所示。
啊6 安全■稠時聞風險輸入·■出仿真曲膏
5仿真計算
依據上述理論，本文以Phf腳本遠程執行任意命令漏洞
為例，對它在時間維上的風險進行建模分析。本文以文獻f7】
中的數據作為依據，分析從漏洞公布到漏洞修復，以及修復
之后一段時間里所遭受的攻擊統計量。其中，時間序列以發
現漏洞的時間為時間序列起始值0，并每隔90天進行一次統
計，如表3所示。
衰3 Phf膏稠攻擊數量統計
第2組
3 360
4 450
5 540
493
614
67I
利用Gompertz模型以及早期報道的攻擊事件統計量對
Phf漏洞進行攻擊預測估計，得出其生命周期內的攻擊數量
公式為：
y(f)=827．306x0．049057” (8)
用于判斷預測值與觀測值之間擬合程度的確定。系數R2越接
近l，則表明擬合效果越好。在本例中，R2的值為0．992，
說明擬合優度達到了令人滿意的程度，同時也驗證了前面對
于Gompertz模型應用于安全漏洞生命周期攻擊統計分析的
可行性。
根據式(4)與式(8)得出某個時間段的攻擊熱度分值。該安
全漏洞攻擊技術維度的評分可由專家組根據當時攻擊案例中
的攻擊特點和攻擊技術等級說明給出分值。結合攻擊熱度計
算值與攻擊技術維度的評分，利用式(7)，最終可以得出Phf
漏洞時間風險的分析結果，如表4所示。
裹4 Phf i鑭時間風險分析結果
時間f擎列攻-h熱度技術分值HI州風鹼恤風險等級
0 2 27 1 58 1 16 低
I 6．5l 4．00 3．75 中
2 9 96 5．17 7．36 較高
3 10．00 6 75 9．10 高
4 7．84 7．67 6．87 較高
5 5．30 7．83 4．48 中
6 3．25 7．83 4．49 中
7 I．84 8．50 5 33 較高
8 0 95 8．67 3．38 中
9 0．42 8．83 3，57 中
】0 0 10 8 83 3 57 中
由表4數據叮以看出，安全漏洞時間風險隨著攻擊熱度
與攻擊技術的變化iiii動態變化。在其生命周期后期，雖然針
對該安全漏洞的攻擊次數明顯減少，但其攻擊技術水平的提
高也會使其產生較大的風險。在同時評估多個安全漏洞時，
同一安全漏洞的攻擊熱度的評分會因為處于不同的安全漏洞
評估群體而發生變化，從ffli可以真實、動態地反映；“系統中
安全漏洞的風險狀況，輔助安全管理人員了解具體安全漏洞
的風險程度，找出系統中某一時刻風險最大的安全漏洞。
6結束語
針對當前安全漏洞生命周期理論化、系統化方面的不足
以及安全漏洞在時I}iJ維度風險研究較少的問題，本文首先系
統闡述安全漏洞生命周期的各個階段及其風險特點，然后從
(下轉第136頁)
萬方數據
136 計算機工程2011年1月5日
從表2可知，文獻【5．6】由于是采用密鑰加密算法的RFID
安全協議，對標簽存儲空間的要求遠大于其他RFID安全協
議，特別是文獻【5J中的協議，由于標簽要存儲一個有小個元
素的向量，其要求的存儲宅問將會很大，對標簽的成本有較
大的影響。本文提出的協議對存儲空間的要求與文獻【2J中描
述的協議一致，因此本文提出的協議有較低的實現成本。
5．3 RFID安全認證協議對計算能力要求的比較
RFID安全認證協議對計算能力的要求可以用該協議所
需要的函數及基本操作以及運算的次數來衡量。通過分析前
面所描述的各個協議，RFID安全認證協議所涉及的基本操作
及函數主要包括哈希函數、隨機數生成函數、各種密鑰加蜜
算法、邏輯異或運算等。其中，對計算能力要求較高的主要
是哈希函數和各種密鑰加密算法，它們決定了RFID安全協
議對計算能力要求的高低。所以，在進行RFID安全認證協
議對計算能力要求的比較研究時，主要分析各協議所需要的
函數和基本操作以及其所需的運算次數，研究結果見表3。
襲3函數及基本攝作的比較
由表3可知，文獻【2—4l提出的協議對計算能力的要求比
較低，協議只涉及哈希函數與隨機數生成函數，標簽只需運
行2或3次哈希函數即可。文獻[5】中的協議在協議認證階段
采用的是對稱密鑰加密算法，從表3的結果來看，標簽需運
行2次對稱密鑰加密函數，而對稱密鑰加密函數對計算能力
的要求遠高于哈希函數。因此，該協議對計算能力的要求要
較前面2種協議要高。文獻【6沖的協議采用了公鑰加密算法，
協議涉及公鑰加密函數、哈希函數和隨機數生成函數，且運
算次數相對較多，協議對計算能力的要求更高。本文的協議
對計算能力的要求與文獻【5】中的協議一致。
從以上的比較研究中可知，文獻【2—4】提出的協議有較好
的實現效率和較低的實現成本，文獻f5】中的協議用的是對稱
(上接第133頁)
攻擊角度提出一種安全漏洞時間風險評估模型。此模型引入
攻擊熱度概念，利用設置權重的功效系數法計算攻擊熱度，
再融合安全漏洞攻擊技術發展水平，對安全漏洞風險狀況進
行評估。仿真結果表明，該評估方法能如實地反映出系統中
安全漏洞的風險狀況，為安全管理人員提供動態的評估報告。
作為安全評估的基礎，該模型是針對安全漏洞風險在時
間維度的分析，接下來將研究如何使之與安全漏洞固有危害
性以及周圍具體環境的影響進行整合，對系統安全漏洞的危
害性進行全面評估。這必將為安全人員快速、有效地制定有
針對性的防御策略提供有力的理論依據。
參考文t
川夏一民．羅軍．張民選．基于靜態分析的安全漏洞檢測技術
研究【J】計算機科學，2006，33(10)：279—282．
【2】張濤，胡銘曾：李東．等．一種量化的軟件弱點評估方
法fJ】．計算機工程與應用，2005，41127)：7-9．
【3l王航，高強，莫麓昌．基于攻擊圖和安全度量的網絡脆弱
密鑰加密算法，其實現效能就差，成本較高，文獻【6】中的協
議采用了公鑰加密算法，實現效能最差，成本最高。但是文
獻12，4．5】提出的協議安全性欠佳，本文的協議有很好的安全
性和私密性，且具有較好的實現效率和實現成本，更適合于
RFID系統。
6結束語
本文將公鑰加密算法與對稱密鑰加密算法有機地結合，
設計了一個RFID系統中標簽和后端服務器之間的認證協議，
用于保護數據安全和用戶隱私。隨著電路制造工藝的不斷提
升，使得RFID標簽上將會有越來越多的計算資源可用于安
全方面，因此，相信這個領域的研究會有更多的突破。然而，
較強的安全性意味著其實現代價和性能就會受到影響，所以，
RFID系統要做好安全性與實現代價及性能之間的取舍。
參考文獻
f1】Ngai E W T'Moon K K L．An Academic Literature Review
(1995—20051 and Furore Research Directions[J]．International
Journal ofProduction Economics，2008。112(2)：510-520．
【2】Chien Hung-Yu，Chen Che-Hao．Mutual Authentication Protocol
for RFID Conforming to EPC Class l Generation 2 Standards[J]．
Computer Standards&amp;amp;Interfaces．2007．29(2)：254—259．
【3】自煜，腺建輔．基于Hash鎖的同步強化RFID驗證協議【J】．
計算機工程，2009。35(21)：138—139。143．
【41 Kang S Y．Lee D G，Lee I Y．A Study on Secure RFID Mutual
Authentication Scheme in Pervasive Computing Environment[JI．
Computer Communications，2008．3l(18)：4248-4254．
【51 Li Xuefeng，Enjian B，Xie Yinghua．A Novel Authentication
Protocol with Soundness and High Efficiency for Security
Problems[Cl／／Proc．of the 4th International Conference on
Wireless Communications，Networking and Mobile Computing．
Dalian，China：IEEE Press．2008：1—3．
【61 Chen Yalin。Chou Jue—Sam，Sun Hungmin．A Novel Mutual
Authentication Scheme Ba．氍xt on Quadratic Residues for RFID
Systems[J1．Computer Networks，2008．52(12)：2373—2380．
編輯索書志
????????????_
性ff-價IJ]．計算機工程，2010．36(3)：128．130．
【4】Arbaugh W A．FithenW L，McHu【gh J．Windows of Vulnerability：
ACase StudyAnalysis[J]．IEEE Computer,2(100．33(12)：52·59．
【5】Jumratjaroenvanit A，Teng Yunyong．Probability of Attack Based
on System Vulnerability Lifecycle[C]／／Proc．of International
Symposium on Eleoronic Conmaerce and Security．fS．1．】：IEEE
Press．2008：531-535．
【6】Frei S，Tellenbaeh D．Platmer B．0-day Patch Exposing Vendors in
Security Performance[EBIOL!．(2008-03·27)．http'J／www．tech
ZOOm．net／publications／papers．on． 17】BrowneHl(’觸ghW A’McHugh J，et aI．ATrendAnalysisof
ExpioitationslCl／／Proc．of the IEEE Symposium On Security and
Privacy．Oakland，USA：ls．n．】，2001：214-229．
【8J李一智．經濟預測技術【MJ．北京：清華大學出版社。1998．
【9】易平濤，張丹寧，郭亞軍．等．動態綜合評價中的無量綱化方
法fJl．東北大學學報：自然科學版．2009．30(6)：889—892．
編輯顧逸斐

網友評論 more

綜合安全論文最新內容

04-10