铁路信号系统信息安全态势评估方法研究

摘要

在铁路运输系统中，铁路信号系统是整个铁路系统运行的中枢神经，是确保列车运行安全及效率的核心因素。随着通用计算机网络软件和硬件的应用，其存在的安全隐患也引入到铁路信号系统中。物理隔离是铁路信号系统目前采取的主要安全防护手段，但通用IT技术的引入会导致系统安全设备无法及时发现其潜在的安全威胁，如伊朗核电站“震网”事件，因此信号系统面临的信息安全问题愈加严峻。为了实时掌握整个信号系统的安全运行状况，本文提出针对信号系统的信息安全态势评估方法，构建态势评估模型，并对其可行性进行仿真验证。本文的主要研究内容包括:
　　本文主要以铁路信号系统的地面设备为例，对设备接口与内部结构进行信息安全风险分析，并在此基础上对其进行信息安全态势评估。设计铁路信号系统信息安全态势评估方案，该方案包括:
　　(1)针对原始数据的采集设计采集体系;对采集的原始数据进行处理，得到所需的态势要素。根据态势要素的种类特征，构建以威胁性、脆弱性和信息资产为主的信号系统指标体系。
　　(2)根据信号系统的结构特点，对铁路信号系统构建态势评估模型。提出了基于D-S证据理论的态势评估方法，主要包括对威胁性、脆弱性和信息资产以及其下的二级指标构建专家知识库，为态势评估方法的计算提供评分分布;针对指标体系，运用AHP计算指标权重;用指标权重对D-S证据理论的基本概率函数和合成法则进行修正;修正后的D-S证据理论对信号系统发生的安全事件进行证据融合，得到设备的安全威胁态势等级，根据设备在信号系统中的重要度，计算出整个信号系统的安全威胁态势等级。
　　(3)最后验证本文提出的态势评估方法的可行性。搭建铁路信号系统实验平台，主要的硬件设备有TCC、TSRS、CBI、IDS、交换机、攻击主机A以及主机B，其中主机B主要是安装实验所需软件，包括Nmap、Nessus、WireShark以及评估算法实现程序。实验主要设置系统漏洞挖掘实验和系统遭受攻击实验场景，对系统进行静态评估、正常运行态势评估以及遭受攻击态势评估，并通过可视化图形展示出来，为管理员提供决策参考。
　　实验结果表明，系统静态评估的安全威胁态势等级为中等，系统正常运行时安全威胁态势等级为正常，系统遭受攻击时的安全威胁态势等级为危险，符合实际情况。因此，本文提出的基于D-S证据理论的态势评估方法，可以实现铁路信号系统在正常运行和遭受攻击时的可行性态势评估。

目录

声明

致谢

摘要

1．1研究背景及意义

1．2国内外研究现状

1．2．1态势评估方法研究现状

1．2．2信息安全态势评估研究现状

1．3论文研究内容及其结构

2铁路信号系统的信息安全态势指标体系设计

2．1 铁路信号系统组成及其信息安全风险分析

2．1．1铁路信号系统组成分析

2．1．2铁路信号系统地面设备信息安全风险分析

2．2信号系统信息安全态势评估方案设计

2．3信息安全态势要素采集与分析

2．3．1态势要素采集原则

2．3．2态势要素采集

2．3．3态势要素分析

2．4信息安全态势评估指标体系建立

2．4．1信号系统态势指标体系构建原则

2．4．2信号系统态势指标体系构建

2．5本章小结

3基于D-S证据理论的信号系统信息安全态势评估方法

3．1 信号系统信息安全态势评估模型

3．2信息安全态势评估专家知识库构建

3．2．1指标体系评分标准

3．2．2威胁性态势评估知识库

3．2．3脆弱性态势评估知识库

3．2．4信息资产态势评估知识库

3．3基于层次分析法的指标权重计算方法

3．3．1层次分析法原理分析

3．3．2基于AHP指标权重的计算

3．4基于D-S证据理论的态势评估方法

3．4．1 D-S证据理论原理分析

3．4．2基于D-S证据理论的态势评估方法

3．5本章小结

4信息安全态势评估实验与分析

4．1实验平台构建

4．2实验场景设计

4．2．1 系统漏洞挖掘实验

4．2．2系统攻击场景实验

4．3实验验证结果分析

4．3．1系统静态评估

4．3．2系统正常运行态势评估

4．3．3系统遭受攻击态势评估

4．4本章小结

5．1 总结

5．2展望

参考文献

附录

图索引

表索引

作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果

学位论文数据集