虛實結合的網絡對抗實驗體系研究與構建

陳璐，嚴承華，陳云

（海軍工程大學信息安全系，湖北武漢，430033）

0 引言

在信息技術高速發展的當今時代,網絡應用已成為人們日常生活和工作不可分割的一部分。特別是在方便、高效、經濟和快捷方面，更是注入了新鮮活力，在教學領域，網絡已成為取代傳統教學手段的重要工具，線上教學、網上訓練、遠程答疑等等已成為現代教學手段的重要組成部分。在軍事領域，網絡也已變成了沒有邊界的新戰場，網絡對抗成為軍事交戰雙方的決勝焦點，在這場新式戰爭中，網絡變成了指揮的核心，通過網絡技術來獲取情報，借助網絡來制定指揮決策，依靠網絡來傳遞行動指令，用于戰場的指揮控制系統，其雙方的對抗也集中表現在網絡的對抗上[1]。

網絡對抗實際上是在網絡空間里，雙方未知的對手信息對抗，防御對方的網絡入侵和攻擊,確保自身信息和系統的安全。為此應以未來信息戰的主要戰法作為作戰背景,模擬對方有可能采取的不同攻擊方法和手段，應采取的相應對策，讓雙方進入攻防對抗的模擬演練，通過這種最接近于實戰狀態的對抗方式，找到系統的缺陷、漏洞和不足，依次加以改進，提高系統的防御能力，為未來信息戰爭的勝利打下可靠基礎。

過去，軍事訓練主要依賴于實體系統，近幾十年來，隨著系統復雜性的不斷提高，采用實體進行訓練存在著風險高、花費大等缺點，而利用模擬仿真技術進行網絡攻擊和防御訓練，不僅可以節省人力、物力及財力，還可以通過整個網絡攻擊過程，從任意時間和地點重新開始、進行。訓練完后，還可以借助評估系統來審查訓練的效果。本文在總結網絡對抗成果和分析其發展趨勢的基礎上，提出構建虛實結合的網絡對抗訓練體系，旨在為網絡對抗的教學與施訓提供理論依據和技術支撐。

1 設計目標和體系構成

■1.1 設計目標

虛實結合的網絡對抗訓練體系的總體設計目標為：

(1)逼真的網絡攻防平臺

在主機上部署虛實結合的網絡對抗訓練以后，通過調用訓練系統的函數庫能夠對網絡中的其它主機實施攻擊，借助系統功能，可以向攻擊者反饋攻擊結果參數，分析攻擊效果；也可以將防御模塊加載到訓練系統的函數庫中，用來防御來自網絡上其他機器的攻擊，并向管理者預警。

(2)靈活的設計仿真環境

在單機上用程序模擬一個網絡，通過主機、路由器和防火墻等基本的網絡節點建立虛擬網絡，添加相應的功能模塊，從而將一個虛擬的網絡激活，進行一場攻防的演練。在演練過程中各個網絡節點上的數據、狀態都以實時、動態、可視化的形式表現出來。

■1.2 體系構成

虛實結合的網絡對抗訓練體系由總體控制單元（真實的攻擊和防御、模擬的攻擊和防御）形成公共模塊，通過虛實結合的網絡對抗訓練，對網絡對抗的效能進行評估[2]，如圖1所示。

(1)總體控制單元

該單元主要功能是在區分真實環境和虛擬環境下進行工作。在系統開始工作時首先進行初始化，然后通過總控模塊來確定在真實環境還是虛擬環境中進行攻擊防御訓練。若是在真實環境下，直接加載實際操作人員設計或編寫的攻擊防御模塊，然后，啟動加載后的系統，實現所加載模塊的功能。若是在虛擬環境下，總控模塊的任務是通過給虛擬網絡上的每個節點加載攻擊防御功能函數，啟動虛擬設備，運行虛擬網絡。

(2)真實的攻擊和防御

在真實的網絡對抗訓練環境中，在本機上運行攻擊和防御模塊，通過運行結果，得到這些攻擊和防御對網絡的影響情況。在這種真實的網絡對抗訓練環境下，虛擬網絡就蛻變成一臺主機形式，此主機所在的網絡就是實際連接的鄭真實網絡，它攻擊的網絡也是實際存在的網絡，實現防御的目標也是來自真實網絡上的入侵。通過調用公共模塊里原來已經封裝好的功能函數和各種數據庫來實現攻擊和防御功能。

圖1 虛實結合的網絡對抗訓練體系整體結構圖

(3)模擬的攻擊和防御

首先對主機、路由器、防火墻、集線器等設備的功能和特性進行虛擬實現，每種網絡設備有其特定的功能，比如路由器有轉發和ICMP報文反饋功能，防火墻有包過濾功能等。然后在虛擬網絡中，給網絡中特定節點加載攻擊和防御代碼，從而可以觀察到網絡攻防的總體效果，它的功能要建立在網絡模擬模塊的基礎之上，同樣要調用公共模塊中相應的函數和庫。

(4)公共模塊

真實攻擊防御模塊和模擬攻擊防御模塊是由公共模塊中最基本的函數庫及其調用的功能提供的。公共模塊中的攻擊模塊、防御模塊、用于顯示和反饋給實作人員信息模塊都是互相獨立的，共同向網絡對抗效能評估提供不同的訓練結果數據。

(5)網絡對抗效能評估

虛實結合的網絡對抗訓練的評估是通過網絡攻擊防御的效果實現的，同時對網絡安全狀態及變化趨勢提供預測。預測功能可以在威脅發生之前對網絡攻擊行為進行預警，使網絡管理者能夠有針對性地進行決策和防護準備，做到防患于未然。同時還能利用網絡安全屬性的歷史記錄，提供一個比較準確的網絡安全發展趨勢分析。

2 實訓項目構建

有了好的訓練體系,還必須配備好的實訓項目。以病毒攻擊、黑客攻擊、虛擬防護、網絡系統修復等實際問題為依托，通過分析演練背景→提出方案→實施方案→方案測試與評估等一系列的分析、設計、實訓、總結提煉出典型的實訓項目，具體內容如下[3-4]。

■2.1 病毒攻擊

計算機病毒是網絡戰的典型武器。作為進攻作戰方式，可通過潛伏攻擊、空間攻擊和節點攻擊等方式把計算機病毒加載到敵方雷達、導彈、衛星和自動化指揮中心的計算機信息情報搜集系統中，在關鍵時刻使病毒發作，并不斷地傳播、感染、擴散，侵害敵系統軟件，使其癱瘓。

作為防御作戰方式，要運行比較檢測程序，以檢測本系統運行正常情況、被攻擊情況，采用像“嗅探器”工具一樣的被動檢測，目的是防止防止系統被對方肆意超載或者阻塞。

■2.2 黑客攻擊

這里的黑客攻擊指利用除計算機病毒之外的其它手段潛入計算機網絡系統，竊取情報或實施破壞的作戰行動。為竊取情報,黑客往往通過猜測或窮舉口令、利用緩沖區溢出等系統漏洞，獲得對目標系統的一般或最高控制權，冒充合法用戶潛入目標系統。為實施破壞，黑客最常用的手段就是拒絕服務攻擊（Denial of Services）,這種攻擊方式簡稱為DoS，它不需要其它任何的特權，就可以阻止服務器向外提供各種服務，從而讓那些正常的用戶，沒法使用該服務器提供的正常服務。

■2.3 虛擬防護

成功的防護可以拒入侵者于系統之外。在設計計算機和網絡物理結構等硬件時要有防護措施。保護網絡信息安全的主要手段常用的是密碼技術和訪問控制技術。通過對數據信息的加密,信息表示形式的變化方式來保護敏感信息。常用的密碼技術不僅僅具備信息加密功能,同時還有秘密分享、身份驗證和數字簽名等功能。因此，使用密碼加密技術可以保證信息的機密性、完整性和可靠性，防止信息的篡改、偽造或者假冒。訪問控制技術是通過運用策略對系統資源、通信數據和存儲信息的訪問限制，保證這些信息的可用性和不可否認性，是通過對實體的身份進行識別和認證(I&A)來實現訪問控制的。常用的生物特征識別技術是利用人體的身體生物特征作為識別身份的要素；智能卡識別技術是通過一張預置電子證書的智能卡，在需要訪問的時候，將該智能卡插入到終端的智能卡讀寫器上，然后進行認證；挑戰應答動態口令識別技術是通過輸入用戶名和靜態口令,用戶通過認證后,再回傳到認證中心，隨機生成的挑戰數,由用戶端計算出相應的應答數,上傳給認證中心實現認證服務。

■2.4 網絡系統修復

網絡系統遭到對方破壞，或者系統自身運行時出現故障，訓練系統按照先主后次、先急后緩的方式，采取積極防御的方式，調整網絡鏈路，切斷病毒擴散源，或使用備份系統，確保系統能盡快恢復到被打擊之前的狀態[5]。同時，分析網絡被破壞和出項故障的原因和程度、依次查找薄弱環節，調整策略，采取防范措施，快速及時堵塞新發現的網絡安全漏洞，防止再次攻擊。

3 結束語

隨著信息網絡技術的迅猛發展，網絡對抗也將在信息網絡領域全面形成，這一對抗必將發展成為體系對抗。本文基于這一現象，以網絡系統為對象，以網絡安全為目標，從網絡對抗的角度出發，從理論層次上研究了網絡對抗訓練體系構建的技術思路，系統、完整地構建了虛實結合的網絡對抗訓練的理論體系。