CN110891044B - 一种网络测试场景中的npc生成及刻画方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种网络测试场景中的NPC生成及刻画方法。本方法为：1)根据目标人物的特点和属性设置对应NPC的基本属性；2)对NPC所模拟的目标人物进行MBIT测试，获得该NPC的人格类型，并将该NPC的性格属性设置为MBIT人格类型；3)将NPC的基本属性输入到测试框架中，实现每一NPC使用对应资源并执行对应行为；执行过程中，根据NPC的MBIT性格的行为方式进行相应的行为处理操作，生成NPC的各行为方式对应的自动化拟人行为内容脚本；4)为NPC编辑行为逻辑，得到NPC行为树；5)执行NPC行为树，按照设定逻辑顺序分别执行各个行为节点，调用对应的行为内容脚本，得到网络测试场景中的NPC。

Description

一种网络测试场景中的NPC生成及刻画方法

技术领域

本发明属于计算机应用技术领域，在网络测试场景中设计采用人格理论、行为树(AI行为构建模型)和自动化测试技术实现具有智能自动化行为的拟人NPC。

背景技术

随着全球信息化的不断发展和持续推进，互联网、移动终端、社交平台的不断出现，大规模病毒的不断爆发，网络空间安全威胁激增。针对各种攻防对抗手段进行试验，以实现网络空间对抗技术的提升和网络安全人才的培养是网络安全领域的当务之急。然而随之所面临的最大挑战之一就是缺乏具有一定规模、能够模拟真实环境，制造多种网络攻击场景的平台。

为了解决上述问题，网络测试场景应运而生。用于网络攻防演练的网络测试场景模拟真实世界的网络环境，提供攻防对抗过程所需要的软硬件资源，网络安全人员可以在场景中使用各种资源进行攻防对抗。当前大多数的网络测试场景提供的是静态网络攻防演练过程，即攻击者针对目标方存在的软件/系统漏洞执行恶意程序进行恶意活动，防御者则进行软件/系统漏洞的挖掘和修补来阻止攻击者的入侵。然而很多演练情况下需要的是动态攻防过程，即攻击者向目标方发送恶意链接/恶意程序，目标方进行不当操作被攻击者利用得以渗透进入系统，进行入侵活动。动态攻防过程体现了攻防双方之间的博弈，能够大大提升攻防双方的安全技能和素养。目前支持动态攻防过程的网络测试场景非常少，能够支持多种网络攻击试验的网络测试场景几乎没有。

NPC(Non-Player Character)即非玩家控制角色，游戏中不被游戏玩家占用的任何角色，能够与其他NPC及游戏玩家进行互动，是玩家的敌人、盟友或中立者。使用NPC建立动态互动过程旨在增强游戏场景的真实性，丰富游戏世界和玩家体验。因此可借鉴游戏场景，将NPC引入网络测试场景，用来模拟真实世界中的人有逻辑地进行日常行为操作和事件反应。场景用于攻防演练时，安全人员相当于游戏玩家，利用多种网络攻击技术对NPC发动攻击，NPC会对接收的信息进行处理并反馈至安全人员产生交互行为，进而形成动态攻防过程。

游戏NPC主要为野怪和人物角色，他们普遍具有固定的行为模式，比如走路、奔跑、拿放东西、说话交流等。为了使NPC具有情景判断、应急响应、信息反馈等行为，现代游戏将人工智能(AI)融入NPC建模过程。作为下一代人工智能(AI)模型的行为树(Behavior tree)是一个很有效的智能行为建模工具，它用模块化的方式描述一组有限任务之间的切换。首先，行为树将NPC所有可能发生的状态进行模块化，将状态抽象成一个个的行为，然后在每个行为之间可以增加复合节点(Composites Node)进行每个节点之间逻辑控制，装饰节点(Decorator Node)进行子节点状态的控制，条件节点(Conditionals Node)用于判断该条件是否成立，动作节点(Action Node)进行具体行为的处理。因此，利用行为树就可以清晰的构建网络测试场景NPC的智能行为逻辑。腾讯开源项目Behaviac是行为树(BehaviorTree)的一个实现框架，实际成功应用到腾讯多款游戏(例：王者荣耀等)中，因此可基于Behaviac构建行为树来实现场景NPC行为逻辑。

然而真实世界中的人是复杂的，日常行为受多种因素(比如性格和职业)的综合影响，仅逻辑行为无法满足网络测试场景NPC模拟真实世界不同性格和职业的人进行日常行为和事件反应的需求。另外不同于游戏NPC的基本行为(比如走路、说话等)，网络测试场景NPC是对人、网络和电脑操作行为的模拟(例如：访问网页、发送邮件、文档操作等)，其每种行为都需要独立调用组件并自动化实现，没有人工干预。

发明内容

本发明提出一种网络测试场景中的NPC生成和刻画方法，首先基于人格理论对不同职业NPC建模确定其行为方式，然后针对人格测量结果利用人工智能(AI)方法-行为树和自动化测试技术对应生成具有行为逻辑和具体行为内容的智能自动化NPC，从而增强网络测试床用于攻防演练的能力。

本发明利用人格理论测量真实世界不同职业人物的性格特征和行为特点，基于测量结果对网络测试场景NPC进行建模赋予其用于区别彼此的行为方式。

本发明利用自动化测试技术的各种手段调用相关组件模拟人工操作，自动化实现网络测试场景NPC的行为，就像是真实世界的人进行正常操作一样。

本发明借鉴游戏场景，将NPC引入网络测试场景，并在AI开发框架中基于行为树、人格理论和自动化测试技术实现智能自动化NPC，模拟真实世界人的日常行为和事件反应，创造攻防演练的多种攻击条件，与攻击者产生交流互动，实现动态攻防过程。

为实现上述目的，本发明采用的设计方案如下：

网络测试场景中的NPC生成和刻画方法，其包括四个部分：

基本属性设计，根据真实世界人物及其所处真实场景的特点和属性为网络测试场景NPC建立对应属性，体现其在场景中的存在意义和活动特点。后续设计都将使用到基本属性。

行为方式设计，基于人格理论对真实世界不同职业人物进行人格测量和评估，根据测量结果对NPC进行人格建模，利用人格类型所具有的行为特点来表征NPC的行为方式，得到具有态度倾向、信息收集处理和决策特点的NPC。

行为内容设计，根据网络测试场景信息设置网络测试场景NPC的行为及资源属性，确定NPC的行为类型和对象；利用自动化测试技术，根据行为及资源属性调用对应的资源组件，同时根据人格类型属性实现NPC采取特定的行为方式使用资源组件进行行为操作，形成行为内容。由于场景NPC可能存在的多种性格类型导致其行为内容也有多种，因此将所有性格对应的行为内容都一一实现并整合形成行为内容库。

行为逻辑设计，使用人工智能(AI)方法-行为树来实现网络测试场景NPC的行为逻辑，所有的行为内容作为行为树的动作节点，并在动作节点之间添加复合、装饰、条件等逻辑节点实现行为内容的逻辑化切换。执行行为树，就是按照逻辑节点的执行流程逐个执行动作节点，即逐个执行NPC的行为内容。

网络测试场景中的NPC生成和刻画方法，其步骤及具体内容包括：

1)根据真实人物的特点和属性，将为场景NPC建立基本属性。基本属性主要包括；姓名及ID、角色类型、性格、资源占用集、行为集、活动时间点、资源优先级和权限、行为优先级和权限等。基本属性将用于后续设计的实现。

2)基于人格理论对真实世界中不同职业人物进行人格测试和评估，得到测量结果，并针对一定规模样本验证不同人格维度下真实人物所具有的行为特点及其差异性。将经过验证的人格测量结果用于场景NPC的建模，此场景NPC继承了其人格类型所对应的行为特点和差异性，具有区别于其他NPC的行为方式。

3)用于网络攻防过程的网络测试场景具有特别的、用于攻防演练的软硬件资源。网络测试场景NPC的行为内容不具有全面、随机性，将取决于场景中的软硬件资源和特定网络攻防条件需求。因此，在对场景信息进行收集和整理的基础上，根据场景中存在的资源(例：Windows主机、Web服务器、DNS服务器等)，设置基本属性中的资源占用集属性，对应的设置资源的优先级及权限属性；根据场景NPC模拟的真人对象所存在的行为类型(例：Web、邮件、即时通讯软件、文档操作等)，设置基本属性中的行为集属性，对应的设置行为的优先级及权限属性。然后将场景NPC的性格、行为集、资源占用集等相关基本属性作为参数输入到自动化测试框架或工具(比如：Python)中，利用自动化测试框架或工具实现场景NPC使用对应场景资源并执行对应行为；在执行过程中，若遇到信息接收、发送和异常中断的情况，根据人格类型对应的行为方式，进行其符合性格特点的行为处理操作；最后生成场景NPC的自动化拟人行为内容脚本。由于场景资源和行为的多样性，将基于每种性格类型对每种行为都按照上述方式生成对应的行为内容脚本，最后将形成行为内容库。当需要使用行为内容库中的行为内容脚本时，通过人格类型进行对应调用。

4)基于AI开发框架，使用行为树-AI为网络测试场景NPC编辑行为逻辑。将场景NPC的基本属性输入AI框架，构建NPC模型；在AI框架中按照场景NPC的功能需求添加行为树的组合节点(设置执行顺序，用于模拟人行为的先后执行关系和对突发事件的反应及对重要外来信息的处理，比如选择节点、序列节点、并行节点等)、装饰节点和条件节点(设置控制条件，用于模拟人行为的执行流程和前提)和动作节点(实现具体行为，用于模拟人行为的实际操作过程)形成行为树框架；根据特定需求可能使用基本属性中的时间、权限等属性设置装饰节点和条件节点，在行为内容库中根据基本属性中的人格类型属性找到对应的行为内容脚本设置动作节点。当所有的节点都设置完毕，一颗完整的NPC行为树形成。

5)执行网络测试场景NPC行为树，每个NPC对应一个行为树。在行为树中，NPC将按照设计好的逻辑顺序分别执行各个动作节点，调用对应的行为内容脚本，即NPC在网络测试场景中以拟人性格进行着其智能自动化行为。

本发明中基本属性的设计包含了人格类型，这一项的设置需要对真实人物进行人格测试之后得到可信数据，而其他基本属性都可结合实际情况和需求自行定义。另外，基本属性的定义可使用AI开发框架完成，也可自行定义后导入。

本发明的行为方式设计采用人格理论建模NPC性格，最终形成人格类型对应的行为方式；行为内容设计采用自动化测试技术并结合行为方式特点具体实现不同行为类型，最终形成行为内容库。

本发明的行为逻辑设计在AI开发框架中完成，并结合基本属性和行为内容库形成网络测试场景智能自动化NPC。

本发明中行为方式设计和行为逻辑设计可看做场景NPC“大脑”的设计。基本属性设计和行为内容设计可看做场景NPC“生命活动”的设计。具有“大脑”的NPC将按照类似人类的思维去进行“生命活动”，最大限度的接近了真实世界人的真实情况。

本发明中开发语言涉及C++和python。C++实现行为逻辑，Python实现具体的行为内容和行为方式。

与现有技术相比，本发明的积极效果为：

本发明将增强传统网络测试场景用于攻防演练的能力，智能自动化NPC的加入使场景不再局限于静态和被动，转而能够模拟真实世界的网络环境和提供动态多样的攻防条件。网络安全人员在场景中可以进行攻击技术和防御技术的实操演练，就像在真实世界环境中一样。

附图说明

图1是本发明的总体设计示意图。

图2是本发明的实现过程设计示意图。

图3是本发明的NPC实例实现过程示意图。

具体实施方式

下面通过具体实例和附图，对本发明做进一步说明。

图1是本发明的总体设计示意图，本发明总体包括四方面的设计：行为逻辑和行为方式属于网络测试场景NPC“大脑”设计，行为逻辑采用行为树实现NPC模拟人行为的先后执行特点、执行流程和前提及突发事件的反应和外来信息的处理，使用行为树组合节点、条件及装饰节点和动作节点共同构建场景NPC的行为逻辑；行为方式采用人格理论可信测量结果建模，首先基于人格理论对真实世界不同职业人物进行测量和评估，然后针对一定规模样本验证不同人格维度下真实人物所具有的行为特点及其差异，最后利用可信人格测量结果来建模NPC模拟人的行为方式来影响其行为内容的具体执行。基本属性和行为内容属于场景NPC“生命活动”设计，基本属性体现NPC模拟人在真实网络场景中活动所涉及的各项相关属性,包括姓名、角色类型、人格类型、占用的资源集、活动的时间点、进行的行为集等；行为内容体现NPC模拟人在真实网络场景中的多种具体行为，包括web、邮件、即时通讯软件、文档操作等行为，并基于人格类型实现对应行为方式的行为内容脚本，最后形成网络测试场景NPC的行为内容库。

图2是实现过程设计示意图，本发明的实现过程分为两大部分：基于人格理论和自动化测试技术构建行为内容库，基于游戏AI开发框架Behaviac设计实现网络测试场景NPC，其中NPC的所有行为都从行为内容库中获得。首先，选择科学的人格理论对真实世界不同职业人物进行人格测量和评估，并基于一定规模样本验证人格类型和行为方式的对应关系，利用自动化测试技术使用自动化工具或者框架(例如：Python)针对web、邮件、通讯即时软件、文档操作等行为类型实现每种人格类型对应的行为内容脚本，每个行为内容脚本都代表了不同人格的行为方式，形成行为内容库。然后在Behaviac中设计NPC的属性及行为逻辑并加入相应的行为内容。Behaviac组件包括编辑器(Designer)和运行时库(Runtime)两大部分。首先在Behaviac编辑器中设定NPC各项基本属性参数，包括角色、人格类型、行为集、时间点等(基本属性将用于行为逻辑的构建)，然后根据场景NPC的需求使用行为树的组合节点、装饰/条件节点和动作节点来建立行为逻辑，其中使用基本属性中的时间、人格类型等属性设置装饰/条件节点(代表NPC行为的执行特点/条件)，行为集属性设置动作节点(代表NPC的行为内容)，使用组合节点将以上节点按照某种顺序排列，代表各节点的执行顺序。至此代表场景NPC行为逻辑的行为树构建完毕，Behaviac将生成对应的NPC基本属性信息(角色、人格类型、行为集、时间点等)和NPC行为树文件至behaviac运行时库(Runtime)；然后在Behaviac运行时库中会自动生成NPC的执行文件(用于调用行为内容脚本)，包括NPC头文件和Cpp文件，头文件包含NPC的基本属性信息，Cpp文件有行为树文件中所有动作节点对应的动作节点函数，每个动作节点函数对应一种行为类型(web/邮件/通讯即时软件/文档操作等)，用来调用执行行为内容脚本；之后Cpp文件中的所有动作节点函数根据头文件中的人格类型属性调用之前构建的行为内容库中相同行为类型和性格的行为内容脚本；最后在运行时库中解析NPC行为树文件并执行行为树，NPC将按照行为树构建的基于组合、装饰/条件节点的逻辑执行动作节点，进而NPC的执行文件调用具有其人格类型所对应行为方式的行为内容脚本，在网络测试场景中实现智能自动化行为。

图3是网络测试场景NPC实例实现过程示意图，模拟真实场景中行政助理的日常工作行为。

举例选择MBTI这一人格理论来进行建模。在Behaviac编辑器中设定NPC基本属性，包括姓名、人格类型(ESTP)、行为集(Web/邮件)、时间点(9:00-17:00)等。

对真实场景中的行政助理进行MBTI人格测试并收集结果为ESTP型，此类型拥有的性格特点为E轻率、S遵守常规、T有条理、P决定困难。根据基本属性中的行为集属性可知此NPC具有Web和邮件行为，对真实场景中一定数量规模的行政助理进行web和邮件行为的监控和测试，结合验证结果和MBTI性格可确定此人格类型的NPC的行为方式为使用多种浏览器进行Web访问、优先处理重要邮件、回复邮件需要较长时间和每天固定时间段执行相似工作。使用Python selenium自动化测试工具结合jieba、time等模块实现行政助理NPC以上述行为方式进行web和邮件行为内容脚本，添加到行为内容库中。

在Behaviac编辑器中编辑行为树，构建行政助理NPC逻辑：当时间点到达9:00时，如果MBTI人格为ESTP，则动作节点设置为ESTP人格对应的web行为内容，即使用多种浏览器进行Web访问；若中途收到邮件则，转到邮件行为，动作节点设置ESTP人格对应的邮件行为内容，即优先处理重要邮件、回复邮件需较长时间。

完毕后Behaviac将编辑器中NPC基本属性信息和NPC行为树文件一同导出至Behaviac运行时库，运行时库中自动生成对应的NPC执行文件，包括头文件和Cpp文件。头文件中包含了编辑器中NPC的基本属性信息，Cpp文件中包含了所有的动作节点函数，包括ESTP-web动作节点函数和ESTP-邮件节点函数。代码示例如下：

Cpp文件中的ESTP-web动作节点函数和ESTP-邮件动作节点函数根据头文件中的MBTI性格属性和行为集属性调用行为内容库中响应的ESTP-web和ESTP-邮件行为内容脚本。代码示例如下：

Behaviac运行时库解析NPC行为树文件并执行行为树，当执行到动作节点时，就调用Cpp文件中对应的动作节点函数。代码示例如下：

因此，行政助理NPC将按照行为树构建逻辑在9:00时间点执行ESTP-web动作节点，进而Cpp文件中的动作节点函数调用具有ESTP-web行为内容脚本，实现使用多种浏览器进行web访问；当收到邮件时，行政助理NPC转而执行ESTP-邮件动作节点，进而Cpp文件中的动作节点函数调用具有ESTP-邮件行为内容脚本，实现优先处理重要邮件、较长时间回复邮件。当行为树执行完毕，此NPC实现了智能和自动化行为过程，成功模拟行政助理的日常工作行为。

以上实施例仅用以说明本发明的设计方案而非对其进行限制，本领域的普通技术人员可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围，本发明的保护范围应以权利要求所述为准。

Claims (8)

1.一种用于网络攻防演练的网络测试场景中的NPC生成及刻画方法，其步骤包括：

1)根据目标人物的特点和属性设置网络测试场景中对应NPC的基本属性；

2)对网络测试场景中NPC所要模拟的目标人物进行测试，获得该NPC的人格类型，并将该NPC的基本属性中的性格属性设置为该人格类型；利用NPC的人格类型所具有的行为特点来表征NPC的行为方式；

3)根据网络测试场景中存在的资源设置NPC的基本属性中的资源占用集属性、资源的优先级及权限属性；根据NPC模拟的对象所存在的行为类型设置NPC基本属性中的行为集属性、行为的优先级及权限属性；然后将NPC的基本属性作为参数输入到自动化测试框架或工具中，实现每一NPC使用对应资源并执行对应行为；在执行过程中，若遇到信息接收、发送和异常中断的情况，根据NPC对应的性格的行为方式，进行相应的行为处理操作；最后生成NPC的各行为方式分别对应的自动化拟人行为内容脚本；

4)根据NPC各行为方式对应的自动化拟人行为内容脚本，得到该NPC的行为内容库；

5)基于AI开发框架，使用行为树-AI为网络测试场景NPC编辑行为逻辑，得到NPC行为树；

6)执行所述NPC行为树，按照设计好的逻辑顺序分别执行各个行为节点，调用对应的行为内容脚本，得到网络测试场景中的NPC。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，生成所述NPC行为树的方法为：将NPC的基本属性输入AI框架，构建NPC模型；在AI框架中按照NPC的功能需求添加行为树的组合节点、装饰节点、条件节点和行为节点，形成行为树框架；在行为内容库中根据NPC基本属性中的性格属性找到对应的行为内容脚本设置对应的行为节点；当所有的节点设置完毕，得到所述NPC行为树。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，每一行为节点对应一行为节点函数，每个行为节点函数对应一种行为类型；所述行为节点函数根据性格属性调用行为内容库中对应的行为内容脚本。

4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，根据基本属性中的时间、权限设置装饰节点和条件节点。

5.如权利要求2所述的方法，其特征在于，设置所述组合节点中各节点的执行顺序。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基本属性包括：姓名及ID、角色类型、性格、资源占用集、行为集、活动时间点、资源的优先级、资源的权限、行为的优先级和行为的权限。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述行为类型包括Web、邮件、即时通讯软件或文档操作。

8.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至7任一所述方法的步骤。

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