高安全等级网络安全防护体系研究与设计

摘 要：

针对军事网络系统及其相关联的党政内网和军工企业内部网络等高防护级别网络系统，在深入剖析这些网络系统所面临的各类安全隐患及防护需求的基础上，并结合现有PDRR和P2DR安全模型的研究成果，在满足高防护级别网络安全防范的前提下，提出了一种适用于该层次网络安全防护的技术方案——即一种新型的安全防御模型（P2DAR）。基于该理论基础，在此基础上构建了一个与之兼容的安全防御体系。该体系主要聚焦于高防护级别网络安全环境下的威胁探测、威胁识别等关键环节，并通过一系列包括 threat perception, threat analysis 以及 threat mitigation 的核心技术方案实现了对各类潜在风险的全面应对。

随着人类社会向数字化发展迈进，在陆地、海洋、空气等物质空间之外，"第五空域"（Fifth Domain）也逐渐成为各国特别是主要大国之间竞争与合作的重要战场。网络安全作为维护国家安全的重要保障，在维护国家在网络空间的权益方面发挥着关键作用。与此同时，在网络安全领域中也存在着激烈的竞争与合作。当前，网络空间安全已经成为国家安全战略的重要组成部分。

1高安全等级网络安全防护特点

多种关键系统如军事系统、党政平台、军工企业平台等不仅关系到国家安全和经济发展而且构成了国家网络安全的重要防线同时也是国际间网络安全争夺的焦点它们面临的安全威胁比普通的互联网更为严重一旦遭受攻击可能对国家安全构成严重威胁鉴于其特殊的地位和重要性这类高安全等级系统呈现出以下防护特点：

1）具备全方位多层次的防护体系能够有效识别多种入侵手段包括但不限于病毒木马钓鱼攻击等复杂的恶意行为；

1.1 网络特点

1.1.1 网络隔离特性

这些高安全等级的专用 network 通常与其他系统保持完全独立。孤立主要有两种形式：一种是物理上完全断开；另一种是在功能上进行严格分隔。其中军事指挥系统及其相关的党政 inner network 通常采用的是全物理独立技术。而电力系统及银行专用 network 则通常采用功能上的分割管理策略。对于采用了全物理独立技术的 network 来说，它们的所有通信线路、路由交换设备及信息处理系统均不与任何其他 system 连接。而对于部分仅具备功能上的分割管理能力的 network 来说，在其边界处设置了专门的安全设备并采用了加密通信手段以实现与其他 system 的完全断开连接。

1.1.2 网络规模特性

高度安全的网络架构具备广泛覆盖范围、庞大规模以及丰富的业务负载能力，并且结构复杂程度较高。同时拥有独立的专用传输线路和可租用的运营商共用传输线路两种选择；这些架构包括固定通信系统和移动通信系统两类。此外，在服务端配置上也面临较大的挑战：面对庞大的用户基数和多样化的终端设备需求。

1.1.3 网络业务特性

由高安全等级网络承载的业务多为非公开性质，在信息敏感程度上均具备一定保密特性。其中军事网络和党政内网等关键领域所承载的业务其保密级别普遍处于较高水平，在保障信息安全的前提下应对更为复杂的威胁挑战。相应地相关单位或系统面临的安全防护压力也将随之增大。

1.2 安全威胁特点

1.2.1 攻击者

高敏感性网络面临的主要威胁是外部威胁和内部威胁。其中，外部威胁多指非传统网络安全风险，在这种情况下主要指的是国家间谍活动以及常规战力量等常规战力量。而内部威胁则多为被外部势力操控的特级人员或特定身份人员所构成。由此可见，在网络安全领域中高度敏感性网络的安全防护体系必须具备高度的专业性和安全性特征。

1.2.2 攻击方式

高安全等级网络自身所具有的独特特性以及潜在的攻击者行为特征决定了其面临的安全威胁类型与互联网环境中面临的网络安全威胁存在显著差异。一般而言，在针对互联网目标发起的网络安全威胁中多采用在线方式进行操作，并能及时获取事态发展情况。然而，在面对高安全等级网络时由于其与外部系统存在物理隔离状态限制了传统意义上的在线威胁手段的应用范围因此威胁者不得不采取间接手段如利用威胁摆渡机制或邻近节点传播等方法进行渗透 attack. 在这种情况下威胁者必须根据具体情况设计相应的恶意软件或其他技术手段并克服网络安全防护体系所设置的各种防护屏障以达到攻破目标的目的。

1.2.3 攻击目的

互联网上的网络攻击多为获取经济利益服务，而针对高安全等级网络的攻击则多为造成国家安全利益损害的目的，在国家对抗范畴内展开。此类攻击的目的包括信息收集、系统破坏以及非法控制等多重目标。信息收集是攻击者通过多种手段突破网络安全屏障入侵目标网络内部，在各类终端及信息系统中获取敏感数据，并借助摆渡技术将情报传递给攻击者手中。系统破坏是指攻击者预先在目标网络中植入破坏程序（工具），待特定条件满足时发动攻击对系统实施物理性破坏如瘫痪设备毁坏数据等行为。非法控制则是指攻击者利用破坏程序（工具）提前突破目标系统的控制权限，在条件具备时向目标施加指令使其执行未经授权的操作如发布停机命令停水停电等行为

1.3 安全防护特点

1.3.1 防护方式

高安全等级网络所面临的攻击具有独特的性质，在于它们往往具有长期潜伏的特点且具备隐蔽性

1.3.2 防护目的

高安全等级网络中的外部安全事件，在未能满足预定条件或未能接收控制指令的情况下，其主要活动集中在对目标渗透或发掘潜在信息上。针对此类事件的防护工作，则应着重于提前识别并应对潜在风险。而对于内部人员所发起的安全事件，则主要依赖于监控手段与证据收集来进行应对。高安全等级网络安全防护的核心任务包括 threefold: 一、彻底清除当前存在的所有威胁；二、追踪并消除所有已知未知的威胁来源；三、采取预防性措施避免类似事件再次发生。

1.3.3 防护手段

在高安全等级网络环境中，网络安全威胁与防护目标具有特殊性质。因此，在这种情况下，网络防御系统必须具备高度针对性，并将主要精力集中用于发现问题并加以识别。此外，在面对网络威胁呈现出高度隐蔽性和持续性的特点时（例如潜藏于深层协议栈中的攻击行为难以及时察觉），该防御体系不仅要在广域范围内进行扫描检测，在深入分析的基础上采取相应的应对措施。

2典型的安全防护模型

2.1 PDRR模型

PDRR模型基于美国国防部（United States Department of Defense, DoD）开发而成。该模型旨在通过保护（Protection）、检测（Detection）、响应（Response）和恢复（Recovery）四个环节构建一个持续的安全防护机制。如图1所示, 该模型通过...形成一个持续的安全防护机制

图1 PDRR安全模型

防护（Protection）是指采用多种安全防护措施对信息系统的运行与访问进行有效保障，并采取措施抵御外部威胁以及阻挡各种潜在威胁。

评估（Assessment）被视为保障信息安全的关键环节。其核心任务在于识别系统易受威胁的特性以及应对潜在的安全威胁活动。

响应机制（Response Mechanism）是指在信息系统中检测到存在的漏洞或遭受网络攻击时,系统自动启动相应的安全防护措施以实施防御性强化措施,并对可能的网络攻击采取防御性拦截手段。

修复（Recovery）是指在遭受攻击并得到阻止之后，在遭受攻击并导致系统损坏的情况进行修复。具体包括功能重置以及数据重建。

2.2 P2DR/PPDR模型

P2DR模型是由美国国际互联网安全系统公司（美国国际互联网安全系统公司全称：American International Internet Security System, ISS）建立并提出的。它是一种基于时间轴的空间自适应网络安全框架。该框架在遵循特定的安全策略指导下，默认整合了Protection模块、Detection模块以及Response模块这三个核心组件形成一个完整的动态循环机制（如图2所示）。

图2 P2DR安全模型

P2DR模型基于时间的理论基础认为，在网络安全领域涉及的所有活动包括攻击性操作、防御性措施、监测行动以及应对措施均需要耗费时间资源。由此可知，在计算网络系统安全性时可采用时间维度作为核心指标来评估其安全性与防护效能。

假设攻击所需时间为Pt，在威胁检测阶段耗时Dt，在响应阶段消耗Rest时间，在系统恢复阶段耗费的时间为Rect。若Pt超过（Dt + Rest + Rect）总和，则该系统能在攻击成功前及时发现威胁并采取应对措施，则可判定该系统为安全。

3高安全等级网络安全防护体系设计

3.1 P2DAR安全防护模型设计

在选择网络安全防护模型时, 高安全等级网络必须充分考虑面临的各类安全威胁以及保护目标的特殊需求, 不能简单模仿现有的互联网安全防护模式. 因此, 在充分研究PDRR、P2DR等现有防御模式的基础上, 对其进行了深入研究, 并在此基础上对现有PDRR、P2DR等防御模式进行了深入研究. 然后, 根据'全域感知、精准防御'的新理念, 设计并提出了新的P2DAR防御体系. 在原有P2DR体系的基础上增加了'分析（Analyse）'环节, 通过全方位感知和分析网络中的动态安全状态与行为模式, 准确识别潜在的安全威胁点并及时制定相应的应对策略, 最终实现威胁的有效响应与处置工作. 如图3所示展示的是该创新性的P2DAR防御体系框架图.

图3 P2DAR安全模型

fencing (Protection) refers to the practice of employing various security measures to safeguard information systems, aiming to effectively prevent external threats and block all types of potential attacks.

评估（Assessment）是指通过系统地分析和识别信息安全状态与操作行为来深入识别潜在威胁以及网络运行中的各种安全事件。

Inspection（Analyse）旨在对检测的安全状态和安全行为进行深入的分析和判断，并精准识别和评估潜在的威胁。

响应（Response）是指为已识别的安全威胁而采取的相应措施，旨在阻止潜在风险并消除潜在威胁。

该系统中的机制方案作为核心管理单元，在防护阶段、检测阶段、分析阶段以及响应阶段均发挥关键作用。

基于时间理论构建的P2DAR安全模型具有显著的安全防护能力。假设攻击所用时间为Pt，则威胁识别所需时间为Dt、威胁分析所需时间为At、威胁处理所需时间为Rest以及系统恢复所需时间为Rect。当Pt大于(Dt + At + Rest)加上Rect时，则表明系统能够及时发现并定位威胁源，并采取相应的处置措施从而保证安全性得以维持。在高安全等级网络安全防护体系中实现最佳防护效能的关键在于迅速识别并准确判断威胁情况因此威胁分析所需时间At构成了该不等式成立的基础性要素之一

3.2 安全防护体系设计

3.2.1 安全防护体系架构

高安全等级网络安全防护体系基于P2DAR安全模型设计，如图4所示。

图4 高安全等级网络安全防护体系架构

该系统具备多维度安全防护能力，在威胁感知与应对机制方面具有显著优势。其核心功能包括针对物理隔离网络的高隐蔽威胁，在事前阶段实现精准识别与快速响应。基于标准制度运行的安全管理体系中包含威胁识别作为核心任务，并通过动态优化配置来实现精准应对。该系统采用人工干预与自适应算法相结合的方式进行安全策略配置，在保障系统稳定运行的同时提升防御效能

3.2.2 威胁感知

威胁感知采用了多种安全防护技术手段，并按照检测策略对终端设备、数据流量、用户账户以及应用程序行为等网络要素的状态进行持续监测。这种机制能够迅速识别网络安全事件的发生，并对所有检测到的行为进行记录或发出警告。

高安全等级网络系统不仅需要通过传统的网络行为进行识别，此外还需要在用户行为监测方面覆盖多个维度。这些维度包括但不限于用户的登录操作、访问活动以及与内外部系统的交互记录。特别是在实际应用中，则需要特别关注非法外联事件以及存储介质在内外网间的共享问题。

3.2.3 威胁识别

威胁识别基于威胁感知机制，在此基础上整合并收集各类安全防护手段所记录的网络告警事件、行为日志以及系统的运行状态数据。遵循既定的安全数据标准与威胁识别策略对采集到的元数据进行处理，并完成对这些信息的质量保证工作以及各维度数据间的关联性构建工作。其中核心在于安全分析能力的强弱程度如何影响后续结果的准确性与可靠性。
通过建立完善的数据关联模型与分析框架，在不同层面构建多维度的安全行为特征向量，并利用这些特征向量建立完整的攻击行为映射关系图谱。
通过运用多种不同的统计分析方法及机器学习算法模型，在不同维度上构建完整的攻击行为特征向量集合。
通过对这些特征向量集合之间关系的动态演变建模，在多个层次上构建完整的攻击行为映射关系图谱。
基于此图谱体系实现对潜在未知攻击行为模式的有效发现及分类能力提升。
通过建立完善的异常流量检测模型及实时监控机制，在多维度上构建完整的攻击行为特征向量集合。
在此基础上实现对潜在未知攻击行为模式的有效发现及分类能力提升。

图5 安全威胁分析流程设计

在保障网络安全方面,该系统不仅能够及时识别传统的网络攻击手段,如病毒程序、网络扫描以及分布式拒绝服务攻击（DDoS）等,而且还可以及时发现通过供应链或网络摆渡手段向特定目标或非传统攻击手段渗透的潜在安全威胁.这类新型安全威胁无法被传统的防病毒软件、入侵检测系统（IDS）以及防火墙等传统防护措施所识别,因此必须构建相应的分析模型,并结合大数据分析、数据挖掘以及人工智能技术来实现对这些新型安全威胁的有效识别与应对.

3.2.4 威胁处置

按照应急响应处置流程及相应的处置预案的规定，在确认并存在安全威胁的情况下实施处理工作。主要工作内容涉及以下几个方面：首先是证据采集与情况分析（取证分析），其次是应对策略优化（策略调整），再次是网络基础设施加固（系统加固），最后是对受损系统的恢复正常运行（系统恢复）。这些处理行动的目的在于消除当前存在的安全风险，并防止此类事件再次发生。其中最为关键的是证据采集阶段：不仅需要确定当前受到攻击的对象及其相关证据信息（定位与取证），更为重要的是开展技术溯源行动：通过对受攻击对象进行全面深入分析和调查研究，在此基础上查清攻击者的具体行为特征——包括攻击来源、侵入路径、经过设备类型与数量、关联终端设备信息等细节——从而为后续采取有效防护措施提供可靠依据并确保所有潜在风险被彻底清除，并成功阻止类似攻击事件在未来的重新发生

3.2.5 安全策略

在全面的安全防护体系中, 安全策略始终贯穿于整个防御环节, 可根据防御需求的变化及系统运行状态的实际状况, 进行灵活运用. 须特别注意的是, 在实施前必须对相关策略进行全面评估与验证, 以确保其科学性、合理性和可靠性.

3.2.6 标准制度

标准制度作为安全防御的技术规范和行动指南，在保障其运行有章法的同时实现高效效能，并涵盖包括安全保密标准在内的一系列具体管理规定如资产管理制度等

3.3 安全防护体系关键技术

该系统架构主要由数据治理与威胁分析两大核心技术支撑。

3.3.1 安全数据治理技术

高安全等级网络主要采用多种先进技术手段，并具有大规模的部署规模，在生成的安全数据中存在意义不明确以及规范性不足的问题，并且由于其庞大的数量和较低的质量水平而严重阻碍了这些数据的有效应用。通过引入数据分析治理技术体系对采集到的数据进行清洗优化并完善其完整性标准等处理工作能够形成一套统一且规范的网络行为数据分析体系这一体系不仅便于理解和分析而且能够促进不同维度的数据融合与关联从而显著提升整体数据分析的质量水平

3.3.2 安全威胁分析技术

安全威胁分析是高安全等级网络在攻防博弈中是否能占据主动地位的核心因素。
通过开发设计针对性的分析算法和模型，
并借助行为模式、专家知识以及机器学习等人工智能技术手段进行优化配置，
能够显著提高安全分析的效能。

4结 语

网络攻防本质上是一个动态博弈的过程，在面对国家级网络安全威胁时，其防御难度显著提升。因此必须开发更具针对性和效率的安全防护措施和技术手段，并持续跟踪和研究攻防技术的演变趋势。同时需要深入分析对手的新一代攻击手段和发展趋势,从而不断提升应对各类新型安全威胁的能力。