[论文解读] Approaches to Enhancing Cyber Resilience: Report of the North Atlantic Treaty Organization (NATO) Workshop IST-153

Alexander Kott, Benjamin Blakely+22 more|arXiv (Cornell University)|Apr 20, 2018

Information and Cyber Security参考文献 14被引用 9

一句话总结

本北约研讨会报告综合专家意见，提出通过系统性方法提升网络弹性，强调网络事件后恢复与性能再生。报告提出建模弹性、以任务为中心的系统设计、动态防御及度量框架，推动网络安全战略从基于风险的模式向以弹性为核心的模式转变。

ABSTRACT

This report summarizes the discussions and findings of the 2017 North Atlantic Treaty Organization (NATO) Workshop, IST-153, on Cyber Resilience, held in Munich, Germany, on 23-25 October 2017, at the University of Bundeswehr. Despite continual progress in managing risks in the cyber domain, anticipation and prevention of all possible attacks and malfunctions are not feasible for the current or future systems comprising the cyber infrastructure. Therefore, interest in cyber resilience (as opposed to merely risk-based approaches) is increasing rapidly, in literature and in practice. Unlike concepts of risk or robustness - which are often and incorrectly conflated with resilience - resiliency refers to the system's ability to recover or regenerate its performance to a sufficient level after an unexpected impact produces a degradation of its performance. The exact relation among resilience, risk, and robustness has not been well articulated technically. The presentations and discussions at the workshop yielded this report. It focuses on the following topics that the participants of the workshop saw as particularly important: fundamental properties of cyber resilience; approaches to measuring and modeling cyber resilience; mission modeling for cyber resilience; systems engineering for cyber resilience, and dynamic defense as a path toward cyber resilience.

研究动机与目标

• 应对复杂网络物理系统中对网络弹性日益增长的需求，超越传统的风险与鲁棒性模型。
• 厘清技术系统中弹性、风险与鲁棒性之间的技术差异，这些概念在实践中常被混淆。
• 提出可操作的方法，用于衡量、建模并工程化关键基础设施与防御系统中的网络弹性。
• 探索动态防御与系统工程作为实现自适应、自愈型网络系统的技术路径。
• 建立以任务为导向的弹性基础，确保在对抗性攻击或故障条件下系统持续运行。

提出的方法

• 组织多学科研讨会，汇集北约专家，识别网络弹性中的核心原则与技术挑战。
• 提出一个概念性框架，明确区分弹性与风险、鲁棒性，强调恢复与性能再生。
• 开发任务建模技术，将网络弹性与业务目标及系统级性能目标对齐。
• 引入系统工程方法论，将弹性整合进网络物理系统的全生命周期设计。
• 探索动态防御作为主动策略，以扰乱攻击者并提升系统适应性与恢复能力。
• 制定度量与建模方法，量化弹性，包括恢复时间与性能退化阈值。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何在技术系统中正式定义网络弹性，并将其与风险和鲁棒性区分开来？
• RQ2 哪些可测量的度量指标与模型能有效捕捉网络物理系统在遭受攻击或故障时的弹性？
• RQ3 如何将任务目标整合进系统设计，以确保网络事件期间及之后的功能持续性？
• RQ4 哪些系统工程实践可实现弹性在开发生命周期中的系统性整合？
• RQ5 动态防御机制在哪些方面可增强整体系统弹性？

主要发现

• 网络弹性与风险管理及鲁棒性不同，其重点在于事件发生后的恢复与性能再生。
• 已建立清晰的概念性框架，以区分弹性、风险与鲁棒性，解决了长期存在的模糊性问题。
• 任务建模对于将网络弹性与业务目标对齐至关重要，可确保系统在压力下仍能保持功能。
• 动态防御策略被识别为弹性的重要推动因素，通过增加攻击者的不确定性与提升系统适应性来发挥作用。
• 提出了可量化的弹性度量指标，如恢复时间与性能退化阈值，用于系统评估。
• 从设计阶段即嵌入弹性的系统工程实践，可显著提升系统的鲁棒性与适应能力。