無線干擾攻擊空間域建模與攻防內在機理研究

《無線干擾攻擊空間域建模與攻防內在機理研究》是依託中國人民解放軍國防科技大學，由孫言強擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：無線干擾攻擊空間域建模與攻防內在機理研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：孫言強
• 依託單位：中國人民解放軍國防科技大學

中文摘要

無線網路鏈路的動態脆弱性和通信媒介的開放廣播特性使得其極易受到干擾攻擊的影響，研究無線網路中干擾攻擊相關問題對於提高網路的可靠性和安全性具有重要的現實意義，課題組在這方面已取得部分研究成果。已有的干擾攻擊模型僅從時間維度考慮，缺少空間域建模的考量；另一方面，已有工作缺少對干擾攻擊與防禦兩者內在機理的量化分析與博弈建模。本課題立足申請者的切身體會，針對當前無線網路干擾攻擊研究的實際需求，提出考慮多種因素在內的基於位置信息的空間域干擾攻擊模型，突破了基於時間維度的攻擊模型的單一性。通過真實實驗設計，突破現有工作定性分析的局限性，給出網路節點抗干擾性的量化分析，為抗干擾數據傳輸機制設計提供依據。分析干擾源與多網路節點之間的博弈策略，首次考慮網路節點之間的正常數據傳輸衝突，突破以往單純考慮干擾源與孤立節點的博弈分析方法。

結題摘要

闡述了無線網路中干擾攻擊相關問題的重要意義和面臨的挑戰，從攻和防兩個方面綜述了當前干擾攻擊的研究現狀和主要成果。攻主要是指干擾攻擊建模與評測，當前的攻擊模型只考慮了時間域上的攻擊方式，缺乏空間維度上的思考。防則包含攻擊的檢測與抵禦機制，干擾攻擊的檢測方法研究已相對成熟，而主動防禦特別是干擾源定位研究則相對缺乏。另一方面，缺少攻防之間策略改變的內在分析。因此，針對當前已有研究成果存在的不足，分別從干擾攻擊模型、干擾源定位以及干擾攻防博弈三個方面，展開了研究。 已有的干擾模型均是在時間維度考慮如何設計一個有效的干擾攻擊方式或手段，但在面向套用的無線網路中，位置信息至關重要。我們提出如下問題：“在有k個干擾源的情形中，攻擊者如何放置這些干擾源，以使網路中節點與節點之間的連通度最小？”。將上述問題歸納為k-干擾源部署問題（k-Jammer Deployment Problem，k-JDP）。首先，從網路節點之間連通度的角度出發，將k-JDP形式化，並證明了該問題即使在理想情況下（攻擊者掌握了感測器網路全局拓撲信息），依然是NP完全的。第二，為了試圖求出k-JDP的最優解，給出了該問題的整數線性規劃模型，並證明了其表示的正確性；第三，為了計算的高效性，提出了一種基於獨立集相關理論的啟發式算法，並通過模擬實驗證明了其有效性。 已有的與干擾攻擊問題相關的研究成果主要集中在攻和防兩個相對獨立的研究點上。在攻擊環境下，干擾者的“攻”與網路或網路節點的“防”之間究竟是如何互動進行的，即雙方“攻”和“防”策略選擇的改變是基於一個什麼樣的理論前提？網路在干擾攻擊環境下，是否存在穩定狀態？以上問題的提出，對於了解網路攻防的內在機理，分析攻擊者的攻擊策略以及網路本身的防守策略都具有重要的意義。基於以上分析，我們將一個攻擊者和n個網路節點之間的攻防問題形式化為具有（n+1）個參與人參與的有限非合作博弈。網路節點的目的則是在綜合考慮節點間干擾和面臨攻擊的前提下，最最佳化自己的支付；而攻擊者則儘可能的破壞網路性能並同時最小化能耗。根據相關的博弈理論，得出形式化後的（n+1）有限非合作博弈存在混合策略納什均衡（mixed strategy Nash equilibrium，MSNE）。為了找出MSNE，引入虛擬行動學習模型，並通過模擬實驗驗證了其有效性。