[논문 리뷰] Attack-Defense Quantification Based On Game-Theory

Su Yang, Yuqing Zhang외 1명|arXiv (Cornell University)|2019. 02. 27.

Information and Cyber Security참고 문헌 26인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 게임 이론을 활용하여 사이버 보안 행동을 정량적으로 평가하기 위해 공격자-방어자 스토케스틱 게임 모델(ADSGM)을 제안한다. 공격자와 방어자의 상호작용을 별개의 방어 메커니즘으로 모델링하고, 유틸리티 기반의 보상값을 계산함으로써 보안 포지션을 정확하게 평가할 수 있는 프레임워크를 제공하며, 활성 방어의 효과성과 공격 노출 위험을 입증하는 사례 연구를 통해 이를 검증한다.

ABSTRACT

With the developing of the attack and defense technology, the cyber environment has been more and more sophisticated. We failed to give an accurate evaluation of network security situation, as we lack a more accurate quantitative evaluation of attack-defense behaviors. In response to this situation, we proposed an attack-defense stochastic game model (ADSGM), analyzed the different security property of distinct defense mechanism, and put forward a corresponding utility calculation coping with the distinct defense mechanism. Through a case study, we showed the impact of active defense and the risk of attack exposure, demonstrated the effectiveness of our methods on attack-defense behavior quantification. This paper filled with the gap in the quantitative assessment of defensive measures, to make the quantitative evaluation of attack-defense more comprehensive and accurate.

연구 동기 및 목표

• 복잡하고 변화하는 공격 환경에서 방어 메커니즘에 대한 정량적 평가 방법의 부족을 해결하기 위해.
• 게임 이론을 활용하여 공격자와 방어자 간의 동적 상호작용을 포괄하는 형식적 모델을 개발하기 위해.
• 다양한 공격 전략 하에서 다양한 방어 메커니즘의 유틸리티를 정량화하기 위해.
• 정성적 지표를 넘어서 포괄적이고 정확한 공격-방어 행동 평가를 가능하게 하기 위해.
• 실제 사례 연구를 통해 모델의 효과성을 입증하기 위해.

제안 방법

• 공격자와 방어자 간의 전략적 상호작용을 표현하기 위해 공격-방어 스토케스틱 게임 모델(ADSGM)을 수립한다.
• 다양한 방어 메커니즘을 도입하고, 각각의 효과성을 모델링하기 위해 고유한 유틸리티 함수를 할당한다.
• 게임 이론적 균형 분석을 적용하여 공격자 및 방어자의 최적 전략을 도출한다.
• 사례 연구 시뮬레이션을 통해 활성 방어 및 공격에의 노출 영향을 평가한다.
• 방어 유형, 공격 성공 확률, 시스템 상태 전이 기반으로 유틸리티 값을 계산한다.
• 공격 및 방어 결과의 불확실성을 모델링하기 위해 확률적 프레임워크를 활용한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 어떻게 공격-방어 상호작용을 스토케스틱 게임으로 모델링하여 정량적 보안 평가를 가능하게 할 수 있는가?
• RQ2 전략적 공격 시나리오 하에서 다양한 방어 메커니즘 간 유틸리티의 차이는 무엇인가?
• RQ3 활동적 방어는 동적 위협 환경에서 전체 보안 포지션에 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ4 방어 메커니즘이 배치되었을 때 공격에의 노출 위험은 무엇인가?
• RQ5 게임 이론적 모델링은 사이버 보안 상황 평가의 정확성을 향상시킬 수 있는가?

주요 결과

• 제안된 ADSGM은 공격자와 방어자 간의 전략적 상호작용을 모델링함으로써 보안 결과의 정밀한 정량화를 가능하게 한다.
• 다양한 방어 메커니즘은 상당한 차이를 보이는 유틸리티 값을 제공함으로써 그 상대적 효과성을 입증한다.
• 사례 연구에서 활성 방어가 공격 성공 확률을 감소시키고 시스템의 내구성을 향상시킴을 입증하였다.
• 방어 메커니즘이 부족하거나 적절한 시점에 배치되지 않았을 경우 공격에의 노출 위험을 모델이 정량화한다.
• 유틸리티 기반 프레임워크는 사이버 방어 전략 평가를 위한 포괄적이고 측정 가능한 접근법을 제공한다.
• 사례 연구는 모델이 실제 보안 시나리오 분석에 실용적으로 적용 가능하다는 점을 확인시켰다.