賀 劼,練曉謙,齊 權(quán),張會(huì)杰
兵棋推演是指對(duì)抗雙方或多方運(yùn)用兵棋,按照一定規(guī)則,在模擬的戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境中對(duì)設(shè)想的軍事行動(dòng)進(jìn)行交替決策和指揮對(duì)抗的演練。長(zhǎng)期以來(lái),兵棋推演系統(tǒng)在支撐大規(guī)模聯(lián)合作戰(zhàn)方案分析優(yōu)化、武器裝備體系需求論證、作戰(zhàn)決策人員指揮訓(xùn)練以及作戰(zhàn)理論和戰(zhàn)法研究等方面發(fā)揮了重要作用[1]。
當(dāng)前,網(wǎng)絡(luò)空間已成為繼陸、海、空、天之后的第五維作戰(zhàn)空間。同時(shí),網(wǎng)絡(luò)空間作戰(zhàn)作為一種全新的作戰(zhàn)形式,標(biāo)志著信息化戰(zhàn)爭(zhēng)進(jìn)入了一個(gè)新的發(fā)展階段。網(wǎng)絡(luò)空間作戰(zhàn)的產(chǎn)生和發(fā)展,不僅產(chǎn)生了新的戰(zhàn)爭(zhēng)體系對(duì)抗領(lǐng)域,更是對(duì)信息化戰(zhàn)爭(zhēng)環(huán)境和理念的重大變革。這種變革不僅會(huì)對(duì)未來(lái)的戰(zhàn)爭(zhēng)產(chǎn)生巨大、深遠(yuǎn)的影響[2],也對(duì)兵棋推演系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展提出了新的挑戰(zhàn)。
網(wǎng)絡(luò)空間是一個(gè)多維、跨域、大尺度空間,因此網(wǎng)絡(luò)空間作戰(zhàn)具有復(fù)雜體系特性。網(wǎng)絡(luò)空間作戰(zhàn)不僅是一種或數(shù)種網(wǎng)絡(luò)攻防手段在數(shù)量上的累加,而且是涵蓋偵察、控制、攻擊、防御、欺騙、威懾等戰(zhàn)術(shù)、戰(zhàn)法的大規(guī)模體系對(duì)抗。所以,針對(duì)網(wǎng)絡(luò)空間作戰(zhàn)兵棋推演系統(tǒng)的研究,必須圍繞大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)對(duì)抗的特點(diǎn)開(kāi)展。本文首先分析大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)對(duì)抗的特點(diǎn)。
與傳統(tǒng)作戰(zhàn)模式不同,大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)對(duì)抗具有以下特點(diǎn)。
第一,多維性。大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)對(duì)抗不是一維的,通常具有超常規(guī)的時(shí)間空間屬性。在時(shí)間維度上,網(wǎng)絡(luò)對(duì)抗從指令下達(dá)到作戰(zhàn)任務(wù)遂行,可在瞬間完成。在空間維度上,網(wǎng)絡(luò)對(duì)抗可在全球任何具有信息基礎(chǔ)設(shè)施的區(qū)域?qū)嵤瑳](méi)有傳統(tǒng)戰(zhàn)爭(zhēng)中“前線”“后方”的概念。
第二,跨域性。大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)對(duì)抗不是孤立的,往往伴隨著多兵種聯(lián)合作戰(zhàn)。現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)是陸、海、空、天、網(wǎng)五位一體的體系對(duì)抗,網(wǎng)絡(luò)戰(zhàn)作為其中的重要環(huán)節(jié),與其他環(huán)節(jié)相互交聯(lián)。比如,導(dǎo)彈等武器對(duì)信息基礎(chǔ)設(shè)施的硬毀傷會(huì)迅速降低網(wǎng)絡(luò)攻防能力;通過(guò)網(wǎng)絡(luò)攻擊也有可能對(duì)機(jī)場(chǎng)、軍艦等信息系統(tǒng)密集區(qū)域或裝備造成損傷,使其降低甚至失去作戰(zhàn)能力。
第三,并發(fā)性。大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)對(duì)抗不是單向的,而是同一時(shí)間敵我互有攻防。交戰(zhàn)雙方信息基礎(chǔ)設(shè)施在對(duì)抗中互有毀傷,其戰(zhàn)損情況會(huì)直接影響下一時(shí)段的攻擊效能。信息基礎(chǔ)設(shè)施如何在被攻擊受損的情況下最大限度發(fā)揮作戰(zhàn)效能,是網(wǎng)絡(luò)對(duì)抗任務(wù)的主要目標(biāo)。哪方能搶占先機(jī)、具備更高的攻防手段、擁有更強(qiáng)的基礎(chǔ)設(shè)施修復(fù)能力,將會(huì)影響網(wǎng)絡(luò)對(duì)抗結(jié)果。
第四,融合性。大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)對(duì)抗不是“純軍”的,需要軍民融合共同遂行任務(wù)。與傳統(tǒng)戰(zhàn)爭(zhēng)主要由軍隊(duì)遂行、武器裝備主要由軍隊(duì)操控不同,國(guó)家主要信息基礎(chǔ)設(shè)施和攻防能力都蘊(yùn)藏在民間,一旦爆發(fā)大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)對(duì)抗,軍民將融合,共同遂行任務(wù)。軍、民網(wǎng)絡(luò)對(duì)抗力量的整合和調(diào)度水平,是網(wǎng)絡(luò)空間作戰(zhàn)能力的直接體現(xiàn)。
綜上所述,大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)對(duì)抗呈現(xiàn)出多維、跨域、并發(fā)、融合等特性。因此,與傳統(tǒng)系統(tǒng)相比,大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)對(duì)抗兵棋推演系統(tǒng)的復(fù)雜度急劇增加,其設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)過(guò)程中存在更多關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。根據(jù)上述分析,本文提出一種大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)對(duì)抗兵棋推演系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)。
如圖1所示,大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)對(duì)抗兵棋推演系統(tǒng)采用與傳統(tǒng)兵棋推演系統(tǒng)類似的體系架構(gòu)[3],同時(shí)針對(duì)大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)對(duì)抗特點(diǎn)進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整優(yōu)化,具體包括推演控制、網(wǎng)絡(luò)通信平臺(tái)、數(shù)據(jù)處理、態(tài)勢(shì)展示、紅方、藍(lán)方、數(shù)據(jù)庫(kù)和模型庫(kù)等子系統(tǒng)。

圖1 大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)對(duì)抗兵棋推演系統(tǒng)
推演控制子系統(tǒng)是兵棋推演系統(tǒng)的核心,實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)推演過(guò)程的計(jì)劃、推進(jìn)、評(píng)估和回放,并進(jìn)行管理。具體可分為想定編輯、仿真引擎、推演導(dǎo)調(diào)、專家研判、效能評(píng)估、回放講評(píng)等模塊。本文將分別對(duì)這些模塊進(jìn)行介紹。
想定編輯模塊。可根據(jù)兵棋推演訓(xùn)練目標(biāo),從想定數(shù)據(jù)庫(kù)中調(diào)取想定數(shù)據(jù)進(jìn)行組裝,形成整個(gè)訓(xùn)練任務(wù)的“劇本”。
仿真引擎模塊。根據(jù)想定內(nèi)容,推進(jìn)仿真時(shí)鐘同步,按照一定規(guī)則有序調(diào)度模型并進(jìn)行信息交互,實(shí)現(xiàn)兵棋推演系統(tǒng)的狀態(tài)推進(jìn)。
推演導(dǎo)調(diào)模塊。網(wǎng)絡(luò)對(duì)抗推演一旦展開(kāi),必然會(huì)出現(xiàn)計(jì)劃外問(wèn)題(“劇本”外的狀態(tài))。此時(shí),推演導(dǎo)調(diào)模塊負(fù)責(zé)跟蹤計(jì)劃執(zhí)行情況,及時(shí)處置、調(diào)整推演中發(fā)生的計(jì)劃外問(wèn)題,確保推演訓(xùn)練達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。
專家研判模塊。傳統(tǒng)兵棋推演依據(jù)判定規(guī)則,實(shí)時(shí)評(píng)估對(duì)抗勝負(fù)態(tài)勢(shì)。由于網(wǎng)絡(luò)對(duì)抗的加入為現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)引入了更多不確定性,導(dǎo)致判定規(guī)則更加復(fù)雜,而專家判研可在系統(tǒng)自動(dòng)判研不能勝任時(shí)介入。
效能評(píng)估模塊。通過(guò)調(diào)用模型庫(kù)中的評(píng)估模型,根據(jù)大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)對(duì)抗演練的輸入條件,評(píng)估進(jìn)攻方的攻擊效率和防御方的戰(zhàn)損情況。
回放講評(píng)模塊。推演結(jié)束后,通過(guò)調(diào)用回放數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù),復(fù)現(xiàn)整個(gè)訓(xùn)練過(guò)程,方便參訓(xùn)人員總結(jié)講評(píng)。
除上述模塊外,推演控制子系統(tǒng)還包括導(dǎo)調(diào)、管理、研判、講評(píng)等席位,以便于導(dǎo)調(diào)、管理人員和專家系統(tǒng)交互。
網(wǎng)絡(luò)通信平臺(tái)為兵棋推演系統(tǒng)提供信息傳輸通道。根據(jù)網(wǎng)絡(luò)對(duì)抗的訓(xùn)練任務(wù)不同,網(wǎng)絡(luò)通信平臺(tái)的類型可以是互聯(lián)網(wǎng)、局域網(wǎng)、工控網(wǎng)、衛(wèi)星網(wǎng)或者它們的組合。
數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)整個(gè)兵棋推演系統(tǒng)數(shù)據(jù)的收集分發(fā)、分析和存儲(chǔ)等。根據(jù)數(shù)據(jù)處理內(nèi)容區(qū)別,可分為數(shù)據(jù)收集、數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)3個(gè)模塊。
數(shù)據(jù)收集模塊通過(guò)網(wǎng)絡(luò)通信平臺(tái)收集各子系統(tǒng)發(fā)出的數(shù)據(jù),經(jīng)數(shù)據(jù)分析模塊分析處理,再通過(guò)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊將數(shù)據(jù)分類存入實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)和回放數(shù)據(jù)庫(kù)。
態(tài)勢(shì)展示子系統(tǒng)用于實(shí)時(shí)顯示網(wǎng)絡(luò)對(duì)抗雙方態(tài)勢(shì)信息,為雙方參訓(xùn)人員提供決策依據(jù),同時(shí)為導(dǎo)調(diào)、研判人員提供直觀證據(jù)。
紅、藍(lán)方子系統(tǒng)作為交戰(zhàn)雙方(也可根據(jù)需要增加參演方),是開(kāi)展網(wǎng)絡(luò)攻防的主體。在推演控制模塊分配了作戰(zhàn)資源和環(huán)境資源后,紅、藍(lán)方子系統(tǒng)分別進(jìn)行部署,擬定對(duì)抗計(jì)劃,并在導(dǎo)調(diào)的統(tǒng)一管理控制下,根據(jù)訓(xùn)練想定展開(kāi)對(duì)抗。
紅藍(lán)雙方均包含參訓(xùn)人員和資源。參訓(xùn)人員包括指揮員、網(wǎng)絡(luò)對(duì)抗操作員和資源管理人員等。資源包括基礎(chǔ)設(shè)施和信息,用來(lái)模擬不同程度戰(zhàn)損情況下的狀態(tài)。為模擬大規(guī)模攻防,需增加CGF(計(jì)算機(jī)生成兵力)節(jié)點(diǎn)。CGF行為可以通過(guò)想定文件預(yù)設(shè),也可按照行為模型庫(kù)中存放的行為模型自動(dòng)控制。
數(shù)據(jù)庫(kù)用于存儲(chǔ)兵棋推演系統(tǒng)相關(guān)數(shù)據(jù),包括想定數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、回放數(shù)據(jù)、漏洞庫(kù)、指紋庫(kù)和工具庫(kù)等。
想定數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)想定數(shù)據(jù),以供想定編輯模塊調(diào)用組裝。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)時(shí)處理系統(tǒng)推演數(shù)據(jù)請(qǐng)求,確保系統(tǒng)推進(jìn)速度,保障系統(tǒng)過(guò)程控制。回放數(shù)據(jù)主要存儲(chǔ)參訓(xùn)人員行為相關(guān)數(shù)據(jù),便于復(fù)盤(pán)。以上3個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)主要通過(guò)數(shù)據(jù)收集模塊從兵棋推演系統(tǒng)中獲取。
漏洞庫(kù)主要存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)攻擊可利用的漏洞集。指紋庫(kù)存放對(duì)抗雙方網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施相關(guān)特征數(shù)據(jù)。工具庫(kù)用于存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)攻防常用工具。以上3個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)主要通過(guò)數(shù)據(jù)管理人員提前輸入。
模型庫(kù)用于存儲(chǔ)兵棋推演系統(tǒng)相關(guān)模型,包括行為模型、策略模型、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淠P秃驮u(píng)估模型等。
行為模型庫(kù)主要存儲(chǔ)兵棋推演系統(tǒng)中人員和設(shè)備的攻防行為,為CGF行為提供支撐。策略模型庫(kù)存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)對(duì)抗常用戰(zhàn)術(shù)、戰(zhàn)法的決策模型,是AI(Artificial Intelligence,人工智能)指揮網(wǎng)絡(luò)對(duì)抗的關(guān)鍵支撐。網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淠P蛶?kù)存儲(chǔ)主要國(guó)家或地區(qū)信息基礎(chǔ)設(shè)施的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淠P图瓣P(guān)聯(lián)設(shè)備指紋信息,用于搭建網(wǎng)絡(luò)對(duì)抗的戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境。評(píng)估模型庫(kù)存儲(chǔ)的評(píng)估模型主要用于推演訓(xùn)練效能的評(píng)價(jià),支撐講評(píng)評(píng)估活動(dòng)。
模型庫(kù)中的模型除了由模型管理人員實(shí)現(xiàn)輸入外,行為模型和策略模型還可采用機(jī)器學(xué)習(xí)的方式,從數(shù)據(jù)庫(kù)中存儲(chǔ)的海量網(wǎng)絡(luò)攻防數(shù)據(jù)中分析獲取。
通過(guò)兵棋推演系統(tǒng)構(gòu)建的戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境,其展示的真實(shí)程度直接決定了訓(xùn)練效果。因?yàn)榇笠?guī)模網(wǎng)絡(luò)對(duì)抗是國(guó)家與國(guó)家之間的體系對(duì)抗,所以要想構(gòu)建高度仿真的模擬戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境,首先必須快速、準(zhǔn)確、安全地完成目標(biāo)國(guó)家或地區(qū)的信息基礎(chǔ)設(shè)施調(diào)查。
利用信息基礎(chǔ)設(shè)施指紋特征識(shí)別技術(shù),可對(duì)路由器、交換機(jī)、網(wǎng)站服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)安全設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)攝像頭、工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等信息基礎(chǔ)設(shè)施實(shí)現(xiàn)精確識(shí)別。識(shí)別內(nèi)容包括設(shè)備廠商、品牌、型號(hào)、端口、服務(wù)、系統(tǒng)、組件以及地理位置等,如圖2所示。在此基礎(chǔ)上,建立目標(biāo)國(guó)家和地區(qū)的信息基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淠P停⑦@信息分別存入指紋數(shù)據(jù)庫(kù)和網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淠P蛶?kù),進(jìn)而為兵棋推演提供支撐。

圖2 信息基礎(chǔ)設(shè)施指紋特征識(shí)別結(jié)果
由于大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)對(duì)抗兵棋推演系統(tǒng)的復(fù)雜性,其設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)過(guò)程存在許多關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題需要解決。其中,復(fù)雜異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)快速重構(gòu)技術(shù)、系統(tǒng)資源自動(dòng)配置與快速釋放技術(shù)、平臺(tái)安全防護(hù)與控制技術(shù)等兵棋推演系統(tǒng)的共性技術(shù),國(guó)內(nèi)外已開(kāi)展了大量研究[4-5],本文不再贅述。下面重點(diǎn)討論與大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)對(duì)抗特點(diǎn)密切相關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)。
大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)攻防中,同一時(shí)刻涉及的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)和并發(fā)的攻防行為往往數(shù)量驚人。一方面,僅僅依靠參訓(xùn)人員在系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行模擬遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠,需要計(jì)算機(jī)來(lái)模擬參與對(duì)抗人員的決策行為。另一方面,網(wǎng)絡(luò)攻防行為往往帶有操作人員明顯的個(gè)人特征,其決策水平和實(shí)施效能因人而異。通過(guò)AI技術(shù)學(xué)習(xí)這些特征,模仿并最終超越人類,可以反向促進(jìn)參演人員提高決策能力。
如圖3所示,利用網(wǎng)絡(luò)空間智能化關(guān)聯(lián)分析技術(shù),可以對(duì)網(wǎng)絡(luò)空間節(jié)點(diǎn)信息、人員上網(wǎng)信息、系統(tǒng)設(shè)備漏洞信息、網(wǎng)絡(luò)安全事件信息等多源異構(gòu)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)清洗和一體化融合。同時(shí),從關(guān)聯(lián)關(guān)系維度、地理位置維度和時(shí)間維度進(jìn)行分析,還原物理世界和網(wǎng)絡(luò)空間世界中相關(guān)事件的關(guān)聯(lián)關(guān)系和發(fā)生的過(guò)程,最終挖掘出設(shè)備狀態(tài)、設(shè)備使用者等關(guān)鍵內(nèi)容。在此基礎(chǔ)上,可以利用全球6 000萬(wàn)個(gè)曾經(jīng)發(fā)起過(guò)攻擊的IP攻擊行為數(shù)據(jù)庫(kù)和30余萬(wàn)名黑客的攻擊策略模型庫(kù),構(gòu)建對(duì)應(yīng)的深度學(xué)習(xí)算法,進(jìn)而訓(xùn)練AI決策能力。

圖3 網(wǎng)絡(luò)空間智能化關(guān)聯(lián)分析示意
傳統(tǒng)戰(zhàn)爭(zhēng)中,作戰(zhàn)行動(dòng)基本都發(fā)生在物理空間。臨近地理區(qū)域的作戰(zhàn)實(shí)體演進(jìn)具有關(guān)聯(lián)性和連續(xù)性等特點(diǎn),因此傳統(tǒng)兵棋推演系統(tǒng)多采用“六角格”地圖進(jìn)行態(tài)勢(shì)展示。但是,網(wǎng)絡(luò)對(duì)抗行為發(fā)生在虛擬空間,可在瞬間發(fā)生在全球各地點(diǎn)。因此,傳統(tǒng)兵棋推演系統(tǒng)很難展示網(wǎng)絡(luò)對(duì)抗的瞬時(shí)性。
利用數(shù)據(jù)可視化技術(shù),通過(guò)聚類、排重、關(guān)聯(lián)規(guī)則等算法處理數(shù)據(jù),可實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)對(duì)抗數(shù)據(jù)的采集、分析以及對(duì)網(wǎng)絡(luò)威脅風(fēng)險(xiǎn)的可視化呈現(xiàn)。對(duì)網(wǎng)絡(luò)攻防行動(dòng),可采用動(dòng)態(tài)展示的形式直觀展現(xiàn),如圖4所示。對(duì)網(wǎng)絡(luò)對(duì)抗數(shù)據(jù),可采用用戶友好的圖表形式展現(xiàn),如圖5所示。通過(guò)網(wǎng)絡(luò)攻防態(tài)勢(shì)展示,可為兵棋推演相關(guān)人員提供決策依據(jù)和直觀證據(jù)。
本文提出了一種大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)對(duì)抗兵棋推演系統(tǒng)的體系架構(gòu),并針對(duì)系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題開(kāi)展進(jìn)一步探討。通過(guò)對(duì)大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)對(duì)抗兵棋推演系統(tǒng)進(jìn)行開(kāi)發(fā)和應(yīng)用,可以提高網(wǎng)絡(luò)空間作戰(zhàn)指揮員的訓(xùn)練水平,促進(jìn)軍民網(wǎng)絡(luò)對(duì)抗力量的整合和統(tǒng)一調(diào)度,實(shí)現(xiàn)軍民資源融合、軍民信息融合、軍民能力融合,從而為推動(dòng)我國(guó)網(wǎng)絡(luò)空間作戰(zhàn)能力建設(shè)發(fā)揮重要作用。

圖4 絡(luò)攻防行動(dòng)展示

圖5 網(wǎng)絡(luò)對(duì)抗數(shù)據(jù)展示
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