工业控制网络蜜罐攻防博弈理论

作者简介

刘光杰,南京信息工程大学电子信息学院教授、博士生导师、副院长。担任中国电子学会通信学分会通信与信息安全专委会委员、中国图像图形学会数字媒体取证与安全委员会委员、江苏省系统工程学会理事等。

内容简介

第3章博弈论及其在网络攻防中的应用 3.1博弈论概述 博弈论，又称对策论，是形式化地研究决策主体( 博弈参与者)相互作用的数学理论和方法。博弈是指在 一定的游戏规则约束下，基于直接相互作用的环境条件 ，各参与者依据所掌握的信息，选择各自的策略(行动) ，以实现利益最大化的过程。博弈论模型是对现实世界 中各种情况的高度抽象表示，而这种抽象性使得它作为 一个基本的数学工具能够被用来研究广泛的现象。 按照博弈参与者之间是否存在同盟或合作，博弈可 以分为合作博弈和非合作博弈。参与者之间存在对各方 均具有约束力的合作协议的博弈称为合作博弈，反之则 为非合作博弈。寡头石油市场上的竞争与合作是最典型 的合作和非合作博弈的例子。如果石油寡头形成联盟进 行市场垄断以共同最大化利润，并将总利润在寡头之间 进行分配，则为合作博弈，如石油输出国组织(OPEC)的 限产联盟行为。如果石油寡头“自私地”以最大化自己 的利润为目标进行竞争而不顾对方利润如何，则为非合 作博弈。由此可见，合作博弈强调的是集体理性，强调 效率和公平； 而非合作博弈则强调个体理性，强调个 体决策最优。 根据参与者的行动次数和是否具有先后顺序，博弈 可以分为静态博弈和动态博弈。静态博弈中参与者仅行 动一次且同时选择行动； 或者虽然不是同时行动，但 行动在后者并不知道行动在先者所选择的具体行动。一 次“石头剪刀布”游戏就属于静态博弈。动态博弈是指 参与者的行动有先后顺序，并且行动在后者可以观察到 行动在先者选择的行动，并据此做出相应的行动选择。 象棋或者围棋类游戏则属于动态博弈。 根据参与者是否完全知晓博弈的数学结构，博弈可 以分为完全信息博弈和不完全信息博弈。完全信息博弈 意味着博弈的构成元素是所有参与者的共同知识； 反 之，则为不完全信息博弈。完全信息博弈中，每个参与 者知晓所有其他参与者、策略及任意策略组合下的损益 (payoff)。在讨价还价时，通常买主并不知道卖家的成 本或底价，卖家也不知道买主能够接收的最高价，因此 属于不完全信息博弈。 博弈的解，是对博弈中可能出现的结果的系统描述 。博弈论给出了各种博弈的合理解，并考查它们的性质 ［1］ 。 3.2静态博弈及其策略分析 本节在非合作博弈框架下分别讨论完全信息和不完 全信息静态博弈。在后文中，如果不特殊说明均指非合 作博弈。 在描述静态非合作博弈时，策略式(或标准式)是最 主流的表示形式。策略式非合作博弈有三个要素： 博 弈的所有参与者集合、每个参与者的策略集合以及损益 或效用。本节主要讨论完全信息静态博弈，下面正式给 出策略式博弈和完全信息的定义。 本书在对网络攻防博弈理论总结与归纳的基础上，系统介绍了作者团队近年来在工控博弈理论方面的研究成果。