CN108805453A - 一种基于ahp的配电网cps中的网络异常安全评估方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于AHP的配电网CPS中网络异常安全评估方法。进行配电网CPS网络异常安全评估,首先以传统信息系统安全评估为基础,提出电网CPS安全评估模型;然后研究四种现有标度在安全评估中的准确性;最后根据比较结果,结合专家调查结果和非线性模型,通过曲线拟合的方式,提出新标度。本发明所提出的基于AHP的配电网CPS中网络异常安全评估方法中的新标度具有更高的准确性,对提升配电网CPS安全性具有指导意义。
Description
技术领域
本发明涉及一种电网安全评估方法,尤其是涉及一种基于AHP的配电网CPS中的网络异常安全评估方法。
背景技术
近年来,国内外已经发生多次由于通信网络受到攻击,导致电力事故的案例。在国内,有数据表明,国家电网公司作为全球最大的公用事业单位,每个月都遭受着来自各方的网络攻击尝试,以其中一家企业为例,其内网每个月被攻击2000次以上,信息内网被攻击20次以上。加强电力通信网络安全管理,做好电力通信网络安全评估,预防黑客及恶意代码的攻击,隔绝网络病毒的侵害,成为保障电力系统安全稳定运行的重要环节。
本发明以配用电信息物理融合系统(CPS)为研究对象,完成对其的安全评估工作。从安全评估的常用方法层次分析法(Analytic Hierarchy Process,AHP)出发,研究层次分析法的数字标度等方面对安全评估结果的影响。从而确定更适用于工业配用电CPS的安全评估方法,实现能够可靠、便捷的评估工业配用电CPS安全性能的目标。同时,安全评估的结果能够对工业配用电系统的安全防护工作起到一定的指导意义。
本发明方法应用于一个含有两级评估指标的配电网CPS安全评估模型,见附图1。
发明内容
为实现可靠、便捷的评估工业配用电CPS安全性能的目标,本发明提出一种基于AHP的配电网CPS中的网络异常安全评估方法,以优化安全评估结果,提高评估结果的准确性。
本发明保留了传统层次分析法的分析步骤,仅对其中的标度进行改进,可以一定程度的提升评估结果的准确性。
本发明的技术方案采用如下步骤:
1)基于信息系统安全评估标准要求,对被评估电网的资产、脆弱性、威胁进行识别分析,构建被评估电网的CPS安全评估模型;其中,所述CPS安全评估模型由若干个评估指标组成,且每一个一级评估指标包括若干个二级评估指标;
2)根据所述被评估电网的CPS安全评估模型中各级评估指标之间的隶属关系,利用层次分析法分析步骤,分别计算在四个传统标度下的电网CPS安全等级;
3)在2)中所述层次分析法分析步骤为:首先,根据专家问卷调查结果,采用层次分析法计算各评估指标的权重;其次,基于安全评估预设标准,确定各指标的安全等级;再次,以各评估指标的权重值和安全等级值为输入,计算被评估配电网CPS的安全等级值;最后,根据计算所得的安全等级值确定相应的安全等级;
4)根据3)中所得的各已有标度下的计算结果比较,结合专家调查结果和非线性模型,通过曲线拟合的方式,本发明提出了一种新标度。
所述的步骤1)中的CPS安全评估模型由若干个评估指标组成:所述评估指标包括的一级评估指标为:资产指标、脆弱性指标、威胁性指标;每一个一级评估指标包括若干个二级评估指标:资产指标包括软件资产、硬件资产、信息资产,脆弱性指标包括电网拓扑、通信平台、通信网络,威胁性指标包括恶意入侵、人为错误、自然意外;
所述的步骤3)中的各评估指标权重即为根据专家评估意见,各评估指标两两比较所得的判断矩阵的特征向量。各评估指标的风险值可由下式计算:
SB=WC T·SC (1)
其中,SB为一级指标的单层次评价结果,即各评估指标的风险值,WC为二级指标的权重向量,SC为模糊关系矩阵。由此可以得到各一级指标的单层次评价结果,记为SB1、SB2、SB3。
同理,根据专家调查,可以得到一级指标的判断矩阵,进一步可以得到一级指标的权重向量,根据下式(2)可以得到配电网CPS的安全评估等级值:
SA=WB T·SB (2)
其中,SA为配电网CPS的安全评估的评价结果,WB为一级指标的权重向量,SB即为上式(1)中所得的一级指标的单层次评价结果。
所述的步骤4)中的新标度采用曲线拟合方式得到,所述的曲线拟合函数为下述形式的复合函数:
y=AeB(x-1)-A+1 (3)
根据实际调查测试以及非线性规划模型,得到复合函数中的参数值,具体如下所示:
A=0.1044,B=0.5437
即本发明所提出的一种基于AHP的,用于配电网CPS的安全评估方法中的一种新标度表达式为:
y=01044e0.5437(x-1)+0.8956 (4)
本发明具有的有益的效果是:
对比证明了新标度在系统安全评估中的优越性。并且,研究了评估模型中各方面的性能提升对系统安全性的提升作用,对电网系统安全性提升工作可以起到指导建议的作用。
附图说明
图1为本发明方法的控制流程逻辑图。
图2为四种传统标度下的评估结果图。
图3为新标度与四种传统标度的方差对比图;
图4为各二级指标安全性提升对系统安全性的贡献度。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。
如图1所示,本发明包括以下步骤:
1)基于信息系统安全评估标准要求,对被评估电网的资产、脆弱性、威胁进行识别分析,构建被评估电网的CPS安全评估模型;其中,所述CPS安全评估模型由若干个评估指标组成,且每一个一级评估指标包括若干个二级评估指标;
2)根据所述风险评估指标体系中各级评估指标之间的隶属关系,利用层次分析法分析步骤,结合被评估电网的CPS安全评估模型,分别计算在四个已有标度下的电网CPS安全等级;
3)在2)中所述层次分析法分析步骤为:首先,采用层次分析法计算各评估指标的权重;其次,基于安全评估预设标准,确定各指标的安全等级;再次,以各评估指标的权重值和安全等级值为输入,计算被评估配电网CPS的安全等级值;最后,根据计算所得的安全等级值确定相应的安全等级;
4)根据3)中所得的各已有标度下的计算结果比较,结合专家调查结果和非线性模型,通过曲线拟合的方式,本发明提出了一种新标度。
所述的步骤1)中的CPS安全评估模型由若干个评估指标组成:所述评估指标包括的一级评估指标为:资产指标、脆弱性指标、威胁性指标;每一个一级评估指标包括若干个二级评估指标:资产指标包括软件资产、硬件资产、信息资产,脆弱性指标包括电网拓扑、通信平台、通信网络,威胁性指标包括恶意入侵、人为错误、自然意外;
所述的步骤3)中的各评估指标权重即为根据专家评估意见,各评估指标两两比较所得的判断矩阵的特征向量。各评估指标的风险值可由下式计算:
SB=WC T·SC (5)
其中,SB为一级指标的单层次评价结果,即各评估指标的风险值,WC为权重向量,SC为模糊关系矩阵。由此可以得到各一级指标的单层次评价结果,记为SB1、SB2、SB3。
同理,根据专家调查,可以得到一级指标的判断矩阵,进一步可以得到一级指标的权重向量,根据下式(2)可以得到配电网CPS的安全评估等级值:
SA=WB T·SB (6)
其中,SA为配电网CPS的安全评估的评价结果,WB为权重向量,SB为模糊关系矩阵。
所述的步骤4)中的新标度采用曲线拟合方式得到,所述的曲线拟合函数为下述形式的复合函数:
y=AeB(x-1)-A+1 (7)
根据实际调查测试以及非线性规划模型,得到复合函数中的参数值,具体如下所示:
A=0.1044,B=0.5437
即本发明所提出的一种基于AHP的,用于配电网CPS的安全评估方法中的一种新标度表达式为:
y=01044e0.5437(x-1)+0.8956 (8)
本发明的步骤1)以传统的信息系统安全评估流程及模型为基础,建立了电力CPS系统安全评估模型。
本发明的步骤2)利用层次分析法和模糊综合评价法,完成电力CPS系统安全评估。
本发明的步骤3)完成了电力CPS系统安全评估。
本发明的步骤4)在实际调查测试以及非线性规划模型的基础上,通过曲线拟合提出新标度。测评了新标度的性质,并与已有标度性质进行对比;研究了在新标度下的系统安全评估结果;对比证明了新标度在系统安全评估中的优越性。同时,最后,研究了评估模型中各方面的性能提升对系统安全性的提升作用,对电网系统安全性提升工作可以起到指导建议的作用。
本发明的实验结果主要基于对福建省厦门市电网系统的安全评估。
本发明的具体实施例:
在福建省厦门市电网地区,选择20名相关专家,对所述各一级指标、二级指标进行两两对比并统计对比意见。
实验截图如下:
(1)在四种传统标度下,各标度的评价结果各不相同。在安全风险评估中,评估结果应满足:评估结果各等级之间应具有明显差别,即该安全评估算法应该能够明显区别系统安全等级与其他等级之间的差别,从而准确地评估系统的安全等级。从图2中,可以粗略的看出,分数标度和指数标度在系统安全等级“中”上的评估值最高,即:分数标度和指数标度可以明显地准确地区别系统安全等级。由此也说明,不同标度可以得到不同的评估结果,选择一个更适合用于电网CPS安全评估的标度是本发明的重点。
(2)同上所述,评估结果各等级之间应具有明显差别,即该安全评估算法应该能够明显区别系统安全等级与其他等级之间的差别,从而准确地评估系统的安全等级。从上图中可以直观的看出,新标度的方差最大,说明新标度的区分度较好,能够准确的评估系统的安全风险等级。
(3)显然,提升某项措施的安全性,对于提升系统安全性有一定作用。但是,提升不同方面的安全性,对系统安全性的提升作用是不同的。通过对比可以得知,对整个系统安全性贡献最大的是恶意入侵。其后依次是电网拓扑、软件资产、硬件资产、信息资产、通信平台、自然意外、人为错误等方面。由该分析可知,在后期电网安全性提升工作中应着重关注恶意入侵对电网可能带来的危害,提升电网抵抗恶意入侵的能力。该分析对电网的安全提升工作可以起到指导建议的作用。
上述具体实施方式用来解释说明本发明,而不是对本发明进行限制,在本发明的精神和权利要求的保护范围内,对本发明作出的任何修改和改变,都落入本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种基于AHP的配电网CPS中的网络异常安全评估方法,其特征在于:包括以下步骤:
1)基于信息系统安全评估标准要求,对被评估电网的资产、脆弱性、威胁进行识别分析,构建被评估电网的CPS安全评估模型;其中,所述CPS安全评估模型由若干个评估指标组成,且每一个一级评估指标包括若干个二级评估指标;
2)根据所述被评估电网的CPS安全评估模型中各级评估指标之间的隶属关系,利用层次分析法分析步骤,分别计算在四个传统标度下的电网CPS安全等级;
3)在2)中所述层次分析法分析步骤为:首先,根据专家问卷调查结果,获得各评估指标的权重;其次,基于安全评估预设标准,确定各指标的安全等级;再次,以各评估指标的权重值和安全等级值为输入,计算被评估配电网CPS的安全等级值;最后,根据计算所得的安全等级值确定相应的安全等级;
4)根据3)中所得的各已有标度下的计算结果比较,结合专家调查结果和非线性模型,通过曲线拟合的方式,获得一种新标度。
2.根据权利要求1所述的一种基于AHP的配电网CPS中的网络异常安全评估方法,其特征在于:所述的步骤1)中CPS安全评估模型由若干个评估指标组成:所述评估指标包括的一级评估指标为:资产指标、脆弱性指标、威胁性指标;每一个一级评估指标包括若干个二级评估指标:资产指标包括软件资产、硬件资产、信息资产,脆弱性指标包括电网拓扑、通信平台、通信网络,威胁性指标包括恶意入侵、人为错误、自然意外。
3.根据权利要求1所述的一种基于AHP的配电网CPS中的网络异常安全评估方法,其特征在于:所述的步骤3)中的各评估指标权重是根据专家评估意见,将各评估指标两两比较所得的判断矩阵的特征向量;各评估指标的风险值可由下式计算:
SB=WC T·SC (1)
其中,SB为一级指标的单层次评价结果,即各评估指标的风险值,WC为二级指标的权重向量,SC为模糊关系矩阵。由此可以得到各一级指标的单层次评价结果,记为SB1、SB2、SB3。
同理,根据专家调查,可以得到一级指标的判断矩阵,进一步可以得到一级指标的权重向量,根据下式(2)可以得到配电网CPS的安全评估等级值:
SA=WB T·SB (2)
其中,SA为配电网CPS的安全评估的评价结果,WB为一级指标的权重向量,SB即为上式(1)中所得的一级指标的单层次评价结果。
4.根据权利要求1所述的一种基于AHP的配电网CPS中的网络异常安全评估方法,其特征在于:所述的步骤4)中的新标度采用曲线拟合方式得到,所述的曲线拟合函数为下述形式的复合函数:
y=AeB(x-1)-A+1 (3)
根据实际调查测试以及非线性规划模型,得到复合函数中的参数值,具体如下所示:
A=0.1044,B=0.5437
即一种基于AHP的,用于配电网CPS的安全评估方法中的一种新标度表达式为:
y=01044e0.5437(x-1)+0.8956 (4)。
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