基于云理論的鐵路客票系統安全防護評估研究

摘" 要：鐵路客票系統是鐵路運輸關鍵信息基礎，對鐵路客票系統安全防護有效評估事關社會秩序和公眾利益。對鐵路客票系統安全防護有效評估是實現鐵路客票系統整體功能安全性評估的重要基礎。針對鐵路客票系統安全防護能力評估問題，研究基于云模型的鐵路客票系統安全防護評估方法，給出應用該方法評估客票系統安全防護能力的評估步驟，構建鐵路客票系統安全防護評估指標體系，依據云理論計算分析客票系統安全防護能力水平，通過實例應用表明，基于云模型的鐵路客票系統安全防護評估模型可有效地表達客票系統安全防護水平，為鐵路客票系統的安全防護評估提供一種新的方法和理論支持。

關鍵詞：鐵路客票系統；安全防護；云理論；評估；方法

中圖分類號：TN918.91" " " 文獻標志碼：A" " " " " 文章編號：2095-2945（2024）04-0042-04

Abstract： The railway ticket system is the key information basis of railway transportation， and the effective evaluation of the safety protection of the railway ticket system is related to social order and public interest. The effective evaluation of the safety protection of the railway ticket system is an important basis for realizing the overall functional safety evaluation of the railway ticket system. Aiming at the problem of safety protection capability evaluation of railway ticket system， the safety protection evaluation method of railway ticket system based on cloud model is studied， and the evaluation steps of using this method to evaluate the security protection capability of railway ticket system are given. In this paper， the safety protection evaluation index system of railway ticket system is constructed， and the security protection capability level of ticket system is calculated and analyzed according to cloud theory. The safety protection evaluation model of railway ticket system based on cloud model can effectively express the safety protection level of railway ticket system， which provides a new method and theoretical support for the safety protection evaluation of railway ticket system.

Keywords： railway ticket system; security protection; cloud theory; evaluation; method

隨著科技的快速發展，中國鐵路客票銷售和訂票系統（簡稱“鐵路客票系統”）的信息化水平已經取得了長足的進步。新一代鐵路客票系統自2011年開發以來，經歷了二十多年的技術和業務積累，鐵路客票系統已從單一車站管理系統擴展成為了覆蓋整個國家的大型信息交易系統，其融合了云計算機技術和大數據分析等互聯網技術手段[1]。

目前，中國鐵路客票系統已經實現了包括互聯網和移動票務、電子支付和電子票務在內的多種服務。隨著鐵路信息向互聯網的擴展和開放，對鐵路客票系統的安全要求也日益提高，安全性和可靠性變得更加重要[2-3]。

通過對鐵路客票系統防護進行安全評估，建立相應的評估指標體系，并應用科學方法，在評估結果基礎上指導鐵路客票系統的改進，具有非常積極的意義，也對鐵路客票系統的安全保護發揮著診斷和監管作用，為鐵路客票系統安全保護的發展和完善提供了科學依據。

1" 鐵路客票系統安全防護評估體系構建

1.1" 指標體系構建的原則

評估指標體系是由整個鐵路客票系統安全防護能力的各種要素和指標組成的有機整體。指標體系是否合理科學，與評估結果準確與否密切相關。鐵路客票系統作為一個復雜的技術系統，需從多方面考慮建立相應的指標體系，應遵循以下基本原則。

1.1.1" 科學性原則

鐵路客票系統安全防護能力評估系統層次的設計與構建必須以科學為依據，防護能力指標的選擇應簡單而不繁雜，而且需要尊重客觀事實，保持數據的真實可靠性，定性與定量分析充分結合，不可以偏重其中一面。

1.1.2" 系統性原則

鐵路客票系統是一個復雜的系統，系統評估指標體系不僅要反映系統的整體能力，還要反映系統的各個方面。指標體系必須從系統的角度考慮，必須顯示系統不同層次上的影響。

1.1.3" 定性與定量相結合原則

鐵路客票系統安全防護評估，涉及某些因素如主機安全、應用安全、控制策略等，應用進行定性分析，便于量化，減少人的主觀判斷差異。

1.1.4" 可實施性原則

在構建鐵路客票系統安全防護能力評估時，系統分析和系統方法具有可操作性，方法簡單，結論明確，具體操作時應該選擇不太復雜的風險因素指標，一些設定的因素不易過多，計算方法也不復雜。

1.1.5" 獨立性原則

鐵路客票系統安全防護能力評估指標的選擇應該是獨立自主，每個評估指標應簡單明了地表達自身特點，與其他指標不存在聯系部分或者互相之間有著較大的間接影響，也不存在指標含義存在重復與交叉的部分。

1.2" 指標體系的建立

基于等保3.0框架中的4個技術防護，結合中國鐵路總公司《鐵路客票系統技術條件（鐵路局及車站部分）》構建評價因素集進行分析[4]，見表1。

2" 基于云理論的鐵路客票系統安全防護評估

2.1" 云理論基礎理論

云由大量云滴構成，通過云滴距離或靠近某一指標的離散程度，從而定性表達系統整體性質，是一種自然語言的特征描述，介于定性和量化描述間表示的不確定性模型，具有直觀性和普遍性。云特征由期望值Ex（Expected Value）、熵En（Entropy）、超熵He（Hyper Entropy）組成， 其中，Ex為云中心值，代表定性數值；En為不確定度量，取值范圍越大，定義相對越模糊；He為熵的熵，反映云滴離散化程度[5]。

2.2" 云理論分析基本步驟

2.2.1" 指標云模型建立

評估指標可分成定性和定量，其中固定值的云，為定量型，數字特征用（Ex，0，0）表示，相反，無固定值的云，為定性型，用（Ex，En，He）表示。若存在樣本集k，則定量型云表示

定性型指標的云模型可以表示為

式中：指標為定性時，Ex1—Exk和Ek1—Ekk分別表示各指標對應云模型的期望值和熵。指標為定量時，Ex1—Exk為各指標量值。

表1" 鐵路客票系統安全防護評估指標

2.2.2" 多維指標的融合加權度量計算

當對m個評估指標評估時，用m個云模型來描述m個指標狀態，則可組成一個m維綜合云[6]，用C表示為

C=（T1，T2，…，Tm）=a×b，

式中：Ci=ai×bi；a為云重心的位置；b為云重心的高度。

m維理想云重心位置為a0=（E0x1，E0x2…，E0xm），云重心高度為b0=（b1，b2，…，bm），則理想狀況下云重心為C0=a0×b0。

將實際狀態的云重心進行歸一化處理，得到CC=（C1C，C2C，…，CmC），公式如下

式中：i=1，2，…，m。

將指標歸一化后加權求和，可得加權偏離度θ為

式中：wj為指標權重；θ為當前鐵路客票系統安全防護狀態與理想安全防護狀態云之間的偏置值，θ的值越大表明實際鐵路客票系統安全防護狀態與理想狀態云偏離程度越大，1-θ即表示鐵路客票系統安全防護指標的評估結果。

2.2.3" 評估集的云模型評估標度

將鐵路客票系統安全防護等級V劃分為V={v1（差），v2（較差），v3（中等），v4（良好），v5（優秀）}等級，分別如圖1所示的5個等級的云模型，云模型合理地分布在評價集中，為評估創建定性的云生成器。

3" 鐵路客票系統安全防護評估應用分析

以鐵路客票系統安全防護能力中第一層指標區域邊界安全為例，基于1.2節中所構建的客票系統安全防護能力指標體系，并運用云重心法對區域邊界安全進行評估。同理，可對計算環境安全、區域邊界安全、通信網絡安全等做出評估判斷，從而利用2.2.1節中的有關計算公式，判斷出整個客票系統的安全防護能力狀況。

3.1" 區域邊界安全指標選取

結合專家知識庫，抽取一定容量的測試樣本數，對區域邊界安全各因素進行分析判斷得出n種狀態，當n=4時，具體見表2。

3.2" 指標云模型表征

利用2.1節中云相關理論，基于云模型發生器，將控制策略、完整性驗證、安全檢查和訪問控制4個定性指標量化為定量指標，形成指標決策表見表3。

區域邊界安全的各指標云模型的期望值Ex和熵En，見表4。

3.3" 云重心向量和加權偏離度計算

選取一組專家采用AHP法和德爾菲法對區域邊界安全各指標重要度打分[7]，并根據專家意見對權重結果進行評審和修改，最終確定各單項指標的權重為

W2={0.264 2，0.096 3，0.132 8，0.506 7}。

依據云重心公式，計算出區域邊界安全的云中心向量為

C2=（0.059，0.015，0.033，0.104）。

理想狀態下，云重心向量a0=（0，0，0，0）。則區域邊界安全理想云重心向量為

C0=（0.084，0.031，0.042，0.161）。

歸一化后

CG=（0.300，0.525，0.225，0.350）。

由2.2.2節得出加權偏離度θ4，e4為

θ4=0.337，e4=0.663。

3.4" 基于云模型實現系統效能評估

以區域邊界安全為例，采用其4個第一層指標進行評估，得出了區域邊界安全最終評判值。同理，可計算計算環境安全、區域邊界安全、通信網絡安全和安全管理中心的偏離度和評判值，見表5。依據3.3節中權重計算方法，計算鐵路客票系統安全防護4個第一層指標權重為

w=（0.191，0.271，0.418，0.120）。

則整體歸屬度e=0.676。通過2.2.3節可知鐵路客票系統安全防護的整體云模型如圖2所示，由圖2可知，評估結果為“良好”等級。

4" 結論

通過開展鐵路客票系統安全防護評估，可以判斷計算評估指標對鐵路客票系統安全防護狀態的情況，為鐵路客票系統安全防護的防護重點和方案升級或設計方案優化提供參考。本文針對影響鐵路客票系統安全防護因素較多，結合等保3.0框架提出了 “計算環境安全、區域邊界安全、通信網絡安全和安全管理中心”4個第一層指標的鐵路客票系統安全防護評估指標體系，將云理論、AHP法和德爾菲法相結合，提出一種定量與定性相結合的鐵路客票系統安全防護評估方法。

其中，以區域邊界安全為例，詳細給出了基于云理論的鐵路客票系統安全防護能力評估計算過程，該方法具有流程簡單與評估結果直觀、可行性強、影響因素考慮全面等優點，對提高鐵路客票系統的安全防護能力有很大的指導和借鑒意義，也為鐵路客票系統的安全防護能力評估提供了一套科學、客觀的方法。

參考文獻：

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