CN113810389B - 一种dhr系统漏洞修补过程中漏洞选取方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种DHR系统漏洞修补过程中漏洞选取方法及装置。首先根据服务体中每种漏洞的存在总数进行漏洞选择，再根据漏洞信息熵进行进一步选取，最终得到一个最佳修补序列，从而指导系统修补漏洞，使系统取得最大安全增益。本发明提出一个针对DHR系统漏洞修补过程中的漏洞选取方法，给出了一个按漏洞修补后给系统带来的安全增益进行降序排序的漏洞修补序列，根据修补序列进行漏洞修补，可以更大地提高漏洞修补后的系统安全性，给系统带来更好的安全增益。

Description

一种DHR系统漏洞修补过程中漏洞选取方法及装置

技术领域

本发明属于网络空间安全技术领域，特别是一种DHR系统漏洞修补过程中漏洞选取方法及装置。

背景技术

针对当前网络安全形势严峻、攻防不对称等问题，邬江兴院士提出了拟态防御技术，利用异构冗余和动态变换等技术来实现信息系统的动态变换。该技术在很大程度上改变了现有网络攻防不对称现象，同时其可利用不可控的组件来实现可控的信息系统这一特点在当前供应链世界化中也得到了充分体现，很大程度上解决了系统安全和快速生成之间的矛盾。动态异构模型(DHR，Dynamic Heterogeneous Redundancy)是拟态防御技术中的一个典型系统架构，其通过一个由n个异构执行体组成的服务体处理输入，并对该服务体中各执行体的输出进行k/n判决。DHR系统运行一定周期后，进行动态更新，在系统异构执行体池中重新选择n个异构执行体来组成用于输入处理的新服务体，并对组成当前服务体的n个异构执行体进行系统清洗，使这n个异构执行体还原到初始状态。目前DHR架构已在多个安全领域得到应用，如拟态Web服务器、拟态路由器和拟态DNS服务器，并在上海进行了国家级安全测试，得到了众多国家级安全专家的认可。但随着拟态DHR架构的应用，如何在获悉新漏洞信息或已知系统存在的漏洞信息后，对系统异构执行体池中执行体进行漏洞修补以提高系统的安全性已经成为业界的一个重要研究课题。拟态DHR架构与现有单执行体的信息系统架构不同，部分执行体中存在漏洞不一定会导致当前进行输入处理的服务体产生该漏洞，比如该漏洞只在不大于k个执行体中存在，因此当前根据漏洞的严重性等因素来决定漏洞修补的策略并不适合采用拟态DHR架构的信息系统。

对此，本发明提出了一种面向DHR系统的漏洞修补选取方法，该方法根据漏洞修补后给系统带来的安全增益进行漏洞修补序列选择。与现有方法相比，新方法能更大地提高漏洞修补后的系统安全性。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种针对DHR系统服务体漏洞修补选取方法，首先根据服务体中每种漏洞的存在总数进行漏洞选择，再根据漏洞信息熵进行进一步选取，最终得到一个最佳修补序列，从而指导系统修补漏洞，使系统取得最大安全增益。

所述DHR系统为常见动态异构冗余系统，一般是由构建模块、调度模块、输入模块、处理模块和输出模块五个部分构成。构建模块负责从构件组中选择若干构件组成系统执行体集，调度模块负责运行动态选择算法从执行体集中选择若干执行体组成处理模块中的服务体，输入模块将系统输入复制并转发给处理模块中的服务体，服务体中的执行体对输入进行处理并得到相应输出发送给输出模块，输出模块中的表决器表决最后结果并输出。

本发明一种DHR系统漏洞修补过程中漏洞选取方法，包括如下技术方案：

步骤1、构建DHR系统的执行体-漏洞矩阵(M_E-V)：

设一个DHR系统中的执行体个数为m，用E₁…E_m表示m个执行体，所有执行体涉及的漏洞集合为V，V中共包含ω种漏洞，构建该DHR系统对应的执行体-漏洞矩阵M_E-V＝(mev_i,j)_m×ω具体是：

遍历所有执行体，根据执行体是否存在漏洞v_j给执行体-漏洞矩阵中的对应元素进行赋值，见公式(1)：

其中m为DHR系统中执行体的个数，1≤i≤m，ω为DHR系统中执行体涉及的漏洞种类数,v_j为第j种漏洞，1≤j≤ω；

步骤2、构建服务体-漏洞矩阵(M_S-V)：

假设由m个执行体组成的DHR系统的服务体模为n，其判决模为k,则该DHR系统的服务体个数为r个，

用S₁...S_r表示该DHR系统中所有服务体。在构建DHR系统的执行体-漏洞矩阵后，该DHR系统的服务体-漏洞矩阵M_S-V＝(msv_i,j)_r×ω构建方法如下：

步骤2.1、在执行体-漏洞矩阵M_E-V中按字典序依次取出n行，形成r个子矩阵{M₁,M₂...M_r}；n＜m；

步骤2.2、将每个子矩阵M_i的所有行分别求和，得到r个行向量

步骤2.3、对于行向量

由公式(2)得到M_S-V矩阵的各元素值，进一步构成服务体-漏洞矩阵M_S-V＝(msv_i,j)_r×ω：

步骤3、初始化最优修补漏洞序列L为空，最优修补漏洞序列的漏洞个数阈值为τ；

步骤4、寻找当前服务体-漏洞矩阵的最优修补漏洞

4-1判断当前服务体-漏洞矩阵M_S-V是否为空，若是空则直接输出L，若不为空则进一步判断服务体-漏洞矩阵M_S-V中所有元素是否全为非零值，若全为非零值则直接输出L，若不全为非零值则统计M_S-V内各列中非零元素的数目d_j，在所有d_j中寻找最大值d_max，若仅存在1个最大值d_max则将该最大值对应M_S-V矩阵列的漏洞加入L中，直接输出L，若存在多个相同的最大值d_max则进行步骤4-2；

4-2假设d_max对应的漏洞为v_a,...,v_θ,...,v_b，1≤a≤θ≤b≤ω,这些漏洞是安全威胁最大漏洞，然后对当前服务体-漏洞矩阵M_S-V进行安全威胁最大漏洞逐个删除，最后计算删除安全威胁最大漏洞后的系统漏洞信息熵，筛选出系统漏洞信息熵最小对应的安全威胁最大漏洞v_θ加入L中；

作为优选，若漏洞信息熵最小对应的漏洞v_θ存在多个则随机选择一个漏洞v_θ加入L中；

所述对当前服务体-漏洞矩阵M_S-V进行安全威胁最大的漏洞逐个删除，最后计算删除安全威胁最大的漏洞后的系统漏洞信息熵，具体是：

1)从M_S-V矩阵中删除漏洞v_θ对应列的所有元素，得到新矩阵

2)、计算

矩阵每一行(即每个服务体)元素之和δ₁...δ_r，然后计算删除漏洞v_θ后的系统漏洞信息熵

步骤5、判断当前最优修补漏洞序列L中漏洞个数是否达到τ，若否则重复步骤4，若是则输出L，对系统按照L中漏洞进行修补。

本发明的另一个目的是提供一种DHR系统漏洞修补过程中漏洞选取装置，包括：

执行体-漏洞矩阵构建模块，用于根据DHR系统中执行体以及对应漏洞信息，构建当前DHR系统对应的执行体-漏洞矩阵M_E-V＝(mev_i,j)_m×ω；

服务体-漏洞矩阵构建模块，用于根据执行体-漏洞矩阵，构建当前DHR系统的服务体-漏洞矩阵M_S-V＝(msv_i,j)_r×ω；

最优修补漏洞模块，用于根据服务体-漏洞矩阵计算当前服务体-漏洞矩阵的最优修补漏洞。

本发明的又一个目的是提供一种DHR系统漏洞修补过程中漏洞选取设备，包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的DHR系统漏洞修补过程中漏洞选取程序，所述DHR系统漏洞修补过程中漏洞选取程序被所述处理器执行时实现上述方法。

本发明的再一个目的是提供一种存储介质，所述存储介质上存储有DHR系统漏洞修补过程中漏洞选取程序，所述DHR系统漏洞修补过程中漏洞选取程序被所述处理器执行时实现上述方法。

本发明与现有方法相比，其显著优点在于：

本发明提出一个针对DHR系统漏洞修补过程中的漏洞选取方法，给出了一个按漏洞修补后给系统带来的安全增益进行降序排序的漏洞修补序列，根据修补序列进行漏洞修补，可以更大地提高漏洞修补后的系统安全性，给系统带来更好的安全增益。

附图说明

图1为本发明相关技术DHR模型的结构示意图。

图2为本发明面向DHR系统的最佳漏洞选取流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实例对本发明作进一步的详细说明。

适用本发明技术方案应具备的条件有：1、系统架构应为拟态DHR架构，见图1；2、每个执行体中存在的漏洞已知；3、对于DHR系统的各个系统参数已知。

本发明的基本流程图如图2所示，包括以下步骤：

步骤1、构建DHR系统的执行体-漏洞矩阵(M_E-V)：

设一个DHR系统中的执行体个数为m＝5，用E₁...E₅表示m个执行体，所有执行体涉及的漏洞集合为V，V中共包含ω＝6种漏洞，构建该DHR系统对应的执行体-漏洞矩阵M_E-V＝(mev_i,j)_m×ω具体是：

遍历所有执行体，根据执行体是否存在漏洞v_j给执行体-漏洞矩阵中的对应元素进行赋值，见公式(1)：

则有

上述M_E-V矩阵中，列项表示漏洞v₁、漏洞v₂、漏洞v₃等6个漏洞，行项表示执行体A₁、执行体A₂等5个执行体，例如执行体A₁包含漏洞v₁，漏洞v₂，漏洞v₄，漏洞v₅，漏洞v₆。

步骤2、构建服务体-漏洞矩阵(M_S-V)：

假设由m个执行体组成的DHR系统的服务体模为n＝4，其判决模为k＝3,则该DHR系统的服务体个数为

个，用S₁...S₅表示该DHR系统中所有服务体。在构建DHR系统的执行体-漏洞矩阵后，该DHR系统的服务体-漏洞矩阵M_S-V＝(msv_i.j)_r×ω构建方法如下：

步骤2.1、在执行体-漏洞矩阵M_E-V中按字典序依次取出4行，形成5个子矩阵{M₁,M₂...M_r}，其中字典序详细取法如下：

取执行体{E₁,E₂,E₃,E₄}对应的行组成M₁，取执行体{E₁,E₂,E₃,E₅}对应的行组成M₂，取执行体{E₁,E₂,E₄,E₅}对应的行组成M₃，取执行体{E₁,E₃,E₄,E₅}对应的行组成M₄，取执行体{E₂,E₃,E₄,E₅}对应的行组成M₅，如下：

步骤2.2、将每个子矩阵M_i的所有行相加，得到5个行向量

例如:

步骤2.3、对于行向量

由公式(2)得到M_S-V矩阵的各元素值，进一步构成服务体-漏洞矩阵M_S-V＝(msv_i,j)_r×ω：

则服务体-漏洞矩阵M_S-V＝(msv_i,j)_r×ω为：

上述M_S-V矩阵中，列项表示列项表示漏洞v₁、漏洞v₂、漏洞v₃等6个漏洞，行项表示服务体S₁、服务体S₂等5个服务体。例如服务体S₁包含漏洞v₁、漏洞v₄和漏洞v₅。

步骤3、初始化最优修补漏洞序列L为空，最优修补漏洞序列的漏洞个数阈值设为τ＝2；

步骤4、寻找当前服务体-漏洞矩阵的最优修补漏洞

4-1判断当前服务体-漏洞矩阵M_S-V是否为空，若是空则直接输出L，若不为空则进一步判断服务体-漏洞矩阵M_S-V中所有元素是否全为非零值，若全为非零值则直接输出L，若不全为非零值则统计M_S-V内各列中非零元素的数目d_j，在所有d_j中寻找最大值d_max，若仅存在1个最大值d_max则将该最大值对应M_S-V矩阵列的漏洞加入L中，若存在多个相同的最大值d_max则进行步骤4-2

本例中，当前服务体-漏洞矩阵M_S-V不为空且元素值不全为零，计算矩阵各列非零元素数目d₁...d₆＝(5,2,0,2,5,2)，其中最大值d_max＝5，且存在多个，则进入步骤4-2；

4-2由于d_max对应的漏洞分别为v₁,v₅,这些漏洞是安全威胁最大的漏洞，然后对当前服务体-漏洞矩阵M_S-V进行安全威胁最大的漏洞逐个删除，最后计算删除安全威胁最大的漏洞后的系统漏洞信息熵，筛选出系统漏洞信息熵最小对应的安全威胁最大的漏洞v_θ加入L中，若漏洞信息熵最小对应的漏洞v_θ存在多个则随机选择一个；

所述对当前服务体-漏洞矩阵M_S-V进行安全威胁最大的漏洞逐个删除，最后计算删除安全威胁最大的漏洞后的系统漏洞信息熵，首先删除漏洞v₁：

1)从M_S-V矩阵中删除漏洞v₁对应列的所有元素，得到新矩阵

2)计算

矩阵每一行(即每个服务体)元素之和δ₁...δ₅＝(2,0,2,6,2)，然后计算删除漏洞v₁后的系统漏洞信息熵

同理，删除漏洞v₅：

1)从M_S-V矩阵中删除漏洞v₅对应列的所有元素，得到新矩阵

2)计算

矩阵每一行(即每个服务体)元素之和δ₁...δ₅＝(10,2,0,2,2)，然后计算删除漏洞v₅后的系统漏洞信息熵

比较得到

认为v₅为安全威胁最大的漏洞，故将v₅加入序列L中，删除v₅对应的所有元素，得到新M_S-V矩阵：

步骤5、判断当前最优修补漏洞序列L中漏洞个数是否达到τ若否则重复步骤4，若是则输出L，对系统按照L中漏洞进行修补。

删除v₅后判断当前漏洞系列L中漏洞个数τ'＝1＜τ，计算各列非零元素个数d₁...d₅＝(5,2,0,2,2)，此时可知漏洞v₁对应的列项数目最多，则将v₁加入序列L，此时序列L中漏洞个数τ'＝2＝τ，选取结束，输出最佳修补漏洞序列L＝(v₅,v₁)。

本发明未尽事宜为公知技术。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种DHR系统漏洞修补过程中漏洞选取方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤(1)、构建DHR系统的执行体-漏洞矩阵M_E-V，具体是：

设一个DHR系统中的执行体个数为m，用E₁…E_m表示m个执行体，所有执行体涉及的漏洞集合为V，V中共包含ω种漏洞；

遍历所有执行体，根据执行体是否存在漏洞v_j给执行体-漏洞矩阵中的对应元素进行赋值，见公式(1)：

其中1≤i≤m，v_j为第j种漏洞，1≤j≤ω；

步骤(2)、根据DHR系统的执行体-漏洞矩阵M_E-V，构建服务体-漏洞矩阵M_S-V，具体是：

步骤2.1、在执行体-漏洞矩阵M_E-V中按字典序依次取出n行，形成r个子矩阵{M₁,M₂...M_r}；n表示DHR系统的服务体模，n＜m，

m表示执行体个数，该DHR系统的服务体个数为r个；

步骤2.2、将每个子矩阵M_i的所有行分别求和，得到r个行向量

步骤2.3、对于行向量

由公式(2)得到M_S-V矩阵的各元素值，进一步构成服务体-漏洞矩阵M_S-V＝(msv_i,j)_r×ω：

其中k为判决模；

步骤(3)、初始化最优修补漏洞序列L为空，最优修补漏洞序列的漏洞个数阈值为τ；

步骤(4)、寻找当前服务体-漏洞矩阵的最优修补漏洞

步骤4-1判断当前服务体-漏洞矩阵M_S-V是否为空，若是空则直接输出L，若不为空则进一步判断服务体-漏洞矩阵M_S-V中所有元素是否全为非零值，若全为非零值则直接输出L，若不全为非零值则统计M_S-V内各列中非零元素的数目d_j，在所有d_j中寻找最大值d_max，若仅存在1个最大值d_max则将最大值d_max对应M_S-V矩阵列的漏洞加入L中，直接输出L，若存在多个相同的最大值d_max则进行步骤4-2；

步骤4-2假设d_max对应的漏洞为v_a,...,v_θ,...,v_b，1≤a≤θ≤b≤ω,这些漏洞是安全威胁最大漏洞，然后对当前服务体-漏洞矩阵M_S-V进行安全威胁最大漏洞逐个删除，最后计算删除安全威胁最大漏洞后的系统漏洞信息熵，筛选出系统漏洞信息熵最小对应的安全威胁最大漏洞v_θ加入L中；

所述对当前服务体-漏洞矩阵M_S-V进行安全威胁最大的漏洞逐个删除，最后计算删除安全威胁最大的漏洞后的系统漏洞信息熵，具体是：

1)、从M_S-V矩阵中删除漏洞v_θ对应列的所有元素，得到新矩阵

2)、计算

矩阵每一行元素之和δ₁...δ_r，然后计算删除漏洞v_θ后的系统漏洞信息熵

步骤(5)、判断当前最优修补漏洞序列L中漏洞个数是否达到τ，若否则重复步骤(4)，若是则输出L，对DHR系统按照L中漏洞进行修补。

2.如权利要求1所述的一种DHR系统漏洞修补过程中漏洞选取方法，其特征在于步骤4-2中若漏洞信息熵最小对应的漏洞v_k存在多个则随机选择一个漏洞v_k加入L中。

3.一种DHR系统漏洞修补过程中漏洞选取设备，其特征在于包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的DHR系统漏洞修补过程中漏洞选取程序，所述DHR系统漏洞修补过程中漏洞选取程序被所述处理器执行时实现如权利要求1-2任一项所述的方法。

4.一种存储介质，其特征在于所述存储介质上存储有DHR系统漏洞修补过程中漏洞选取程序，所述DHR系统漏洞修补过程中漏洞选取程序被处理器执行时实现如权利要求1-2任一项所述的方法。

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