[论文解读] Approaches to Modeling the Impact of Cyber Attacks on a Mission

Alexander Kott, Mona Lange+1 more|arXiv (Cornell University)|Oct 11, 2017

Information and Cyber Security参考文献 7被引用 4

一句话总结

本文提出一种模型驱动的方法，通过模拟任务系统、网络威胁及其相互依赖关系，评估网络攻击对任务的影响。该方法展示了如何通过仿真实现作战域与网络域的融合，从而支持更优决策，同时指出了在可扩展性、保真度和实时适用性方面面临的挑战。

ABSTRACT

The success of a business mission is highly dependent on the Communications and Information Systems (CIS) that support the mission. Mission Impact Assessment (MIA) seeks to assist the integration of business or military operations with cyber defense, particularly in bridging the cognitive gap between operational decision-makers and cyber defenders. Recent years have seen a growing interest in model-driven approaches to MIA. Such approaches involve construction and simulation of models of the mission, systems, and attack scenarios in order to understand an attack's impact, including its nature, dependencies involved, and the extent of consequences. This paper discusses representative examples of recent research on model-driven approach to MIA, highlights its potential value and cautions about serious remaining challenges.

研究动机与目标

• 弥合任务关键环境中作战决策者与网络防御人员之间的认知鸿沟。
• 通过建模网络系统与任务目标之间的依赖关系，实现对任务影响的主动评估。
• 开发一种仿真网络攻击场景的框架，以预测其对作战的影响。
• 通过基于模型的分析，将网络防御策略与任务运作相集成。
• 突出当前模型驱动MIA框架在保真度、可扩展性和实时部署方面的局限性。

提出的方法

• 构建任务模型，以表征任务关键系统的结构与行为及其相互依赖关系。
• 集成网络攻击模型，以模拟各种威胁向量及其传播路径。
• 使用仿真技术评估网络攻击对任务目标的级联影响。
• 应用模型驱动工程原则，形式化系统组件、任务与网络威胁之间的关系。
• 利用形式化建模语言与工具，表示并分析攻击场景与系统韧性。
• 通过典型任务在遭受网络攻击条件下的案例研究验证该方法。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何系统化地建模与仿真网络攻击对任务目标的影响？
• RQ2 任务系统与网络基础设施之间哪些关键依赖关系会加剧攻击后果？
• RQ3 模型驱动方法在多大程度上可提升作战团队与网络团队的情境感知能力？
• RQ4 当前模型驱动MIA框架在可扩展性与实时可用性方面存在哪些局限？
• RQ5 在任务执行过程中面临网络威胁时，模型如何指导防御决策？

主要发现

• 模型驱动的MIA能够通过系统依赖关系，系统化地理解网络攻击的传播路径及其对任务结果的影响。
• 攻击场景的仿真揭示了非线性影响，例如在相互依赖的系统之间引发级联故障。
• 该方法有助于识别出一旦被破坏即导致任务严重中断的关键系统组件。
• 尽管前景广阔，但在模型保真度、计算复杂性和与实时作战工作流的集成方面仍存在挑战。
• 该框架支持网络防御与任务运作的更好对齐，减少决策延迟并提升韧性。
• 本文指出亟需标准化的建模语言与工具，以增强跨领域的互操作性与采纳度。