一种基于传染病模型的信息安全风险传播控制方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于传染病模型的信息安全风险传播控制方法及装置，方法包括：生成电力信息物理系统的拓扑结构并将其表示为一个无向加权稀疏邻接矩阵；计算节点的脆弱性和相关性、承受能力；根据传染病的传播矩阵模型，构造节点风险传播矩阵；计算其中消亡节点占比并将其与预设节点消亡占比值对比，当大于预设节点消亡占比值时评估获得电网中节点的故障规模；当小于时，计算易感节点的邻居节点中免疫节点占比以及节点被攻击感染所需要的时间，判断感染节点是否转换成免疫节点和消亡节点，并评估和输出获得电网中节点的故障规模。本发明专利技术可以准确的得到电力系统中的风险范围，可以及时的对被攻击的节点进行补救措施，从而更好的保障电网系统信息安全。

Information security risk propagation control method and device based on infectious disease model

The invention discloses an information security risk propagation control method and a device based on an infectious disease model. The method comprises: generating a topological structure of an electric power information physical system and expressing it as an undirected weighted sparse adjacency matrix; calculating the vulnerability, correlation and bearing capacity of nodes; and according to the transmission matrix of infectious diseases. The model constructs the node risk propagation matrix, calculates the proportion of the extinct node and compares it with the proportion of the preset node, evaluates the fault size of the nodes in the grid when the proportion of the preset node is greater than the proportion of the extinct node, and calculates the proportion of the immune node in the neighboring node of the susceptible node and the sense of the node being attacked when it is smaller than the proportion of the preset node. The time needed for infection is to determine whether the infected node is transformed into immune node and dead node, and to evaluate and output the fault scale of the nodes in the power grid. The invention can accurately obtain the risk range in the power system, and can timely remedy the attacked nodes, so as to better protect the information security of the power grid system.

【技术实现步骤摘要】
一种基于传染病模型的信息安全风险传播控制方法及装置
本专利技术涉及一种基于传染病模型的信息安全风险传播控制方法及装置，属于电力系统信息安全的

技术介绍
随着计算机网络与互联网技术的迅猛发展，电力行业的信息化建设也得到了广泛的关注，随着电力行业的生产操作、数据交互、存储等工作方式对信息化技术的依赖性逐步增大，其数据资料及信息资源不仅支撑着电力行业总体系统的正常运转，同时也成为电力行业生存发展的核心关键资产。电力系统作为国家最重要的基础性工程之一，一直都面临内部和外部的安全威胁，信息安全问题不可忽视，一旦出现关键数据信息泄露等情况，后果将不堪设想。目前，电力系统信息安全建设标准与规范尚不成熟，仍然存在一定的盲目性和不完善性，电力系统的信息安全风险评估机制相对起步较晚，现阶段的风险评估机制存在着相当程度的评估精度准确性差、完善性欠缺与效率值较低等不足。所以，一个合理、完善的信息安全风险评估方案就显得格外重要。随着配电网规模不断增大，电力企业信息网络日趋复杂，网络风险种类不断涌现，急需加强对电力信息网络状态的实时掌控，保障信息网络的安全运行，如何对电力信息风险进行准确的评估和预测，已经成为当前网络信息安全研究的重点问题之一。信息安全风险评估是信息安全管理的一项重要工作，它是在安全事件发生中来评估此次风险将涉及的规模，以便及时进行相应的补救工作，这是一种十分有效的保障信息安全的手段。现有的信息安全风险传播机制不能准确而迅速的判断出节点的故障规模，因此针对电网节点提出一种新的有效的信息安全风险传播机制对电网信息的安全保护意义重大。根据SIR传染病模型来建立电网节点的感染模型，将电网中所有的节点划分为三类：S表示健康节点(易感节点)、I表示感染节点、R表示退出感染模型的节点，包括免疫节点和死亡节点。基于SIR传染病模型的信息安全风险传播机制配主要需考虑两个方面的问题：(1)如何量化计算每个节点的对攻击的承受能力，包括节点的脆弱性和相关性；(2)如何利用SIR传播模型将节点的感染情况表示出来。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种基于传染病模型的信息安全风险传播控制方法及装置，解决现有的信息安全风险传播机制不能准确而迅速的判断出节点的故障规模的问题，通过使用本方法可以使得配电网复杂节点下的风险得到快速评估，保证配电网的安全稳定运行。本专利技术具体采用以下技术方案解决上述技术问题：一种基于传染病模型的信息安全风险传播控制方法，包括：步骤1、生成电力信息物理系统的拓扑结构并将此拓扑结构用一个无向加权稀疏邻接矩阵来表示；步骤2、根据所述无向加权稀疏邻接矩阵计算节点的脆弱性；步骤3、根据所述无向加权稀疏邻接矩阵计算节点的相关性；步骤4、根据所计算节点的脆弱性和相关性计算节点的承受能力；步骤5、根据SIR传染病的传播矩阵模型，构造节点风险传播矩阵，其中矩阵的对角线元素表示节点的状态，包括易感节点、感染节点、免疫节点和消亡节点；步骤6、根据节点风险传播矩阵，计算矩阵中消亡节点占比并将其与预设节点消亡占比值对比，当计算的消亡节点占比大于预设节点消亡占比值时评估获得电网中节点的故障规模；当计算的消亡节点占比小于预设节点消亡占比值时，进入步骤7；步骤7、计算易感节点的邻居节点中免疫节点占比；步骤8、计算感染节点被攻击感染所需要的时间；步骤9、基于节点的承受能力计算的感染节点的恢复时间，若节点恢复时间大于可行恢复时间值，将该感染节点在节点恢复时间之后转换成消亡节点，并执行步骤6至步骤9；若节点恢复时间小于可行恢复时间值，将该感染节点在节点恢复时间之后就转换成免疫节点；步骤10、根据步骤9确定获得节点风险传播矩阵中的易感节点、感染节点、免疫节点和消亡节点的数目，并评估获得电网中节点的故障规模；步骤11、输出所评估的电网中节点的故障规模。进一步地，作为本专利技术的一种优选技术方案，所述方法中无向加权稀疏邻接矩阵为一个N×N阶的Z条连边的无向加权稀疏邻接矩阵，其中N为节点总数目，Z为总连边数目。一种基于传染病模型的信息安全风险传播控制装置，包括：拓扑矩阵构成器，用于生成电力信息物理系统的拓扑结构并将此拓扑结构用一个无向加权稀疏邻接矩阵来表示；节点能力评估器，用于根据所述无向加权稀疏邻接矩阵计算节点的脆弱性和相关性、承受能力；节点感染评估器，用于根据SIR传染病的传播矩阵模型，构造节点风险传播矩阵，其中矩阵的对角线元素表示节点的状态，包括易感节点、感染节点、免疫节点和消亡节点；计算矩阵中消亡节点占比并将其与预设节点消亡占比值对比，当计算的消亡节点占比大于预设节点消亡占比值时评估获得电网中节点的故障规模；当计算的消亡节点占比小于预设节点消亡占比值时，计算易感节点的邻居节点中免疫节点占比；并计算感染节点被攻击感染所需要的时间；基于节点的承受能力计算的感染节点的恢复时间，若节点恢复时间大于可行恢复时间值，将该感染节点在节点恢复时间之后转换成消亡节点，并计算矩阵中消亡节点占比；若节点恢复时间小于可行恢复时间值，将该感染节点在节点恢复时间之后就转换成免疫节点；确定获得节点风险传播矩阵中的易感节点、感染节点、免疫节点和消亡节点的数目，并评估获得并输出电网中节点的故障规模。本专利技术采用上述技术方案，能产生如下技术效果：本专利技术的目的就是提供一种基于传染病模型的信息安全风险传播机制，来评估配电网复杂节点下的风险规模问题，本机制是一种策略性方法及装置，通过对电网的节点拓扑结构的构造，对每个节点的具体脆弱性和相关性进行量化，在传染病的SIR传播模型下对风险感染到每个节点的时间进行独立计算，从而来最终评估风险传播的范围。本专利技术根据SIR传染病模型来计算节点的实时节点状态值，用来评估电力信息物理系统中节点的风险范围，通过使用本专利技术可以使得配电网复杂节点下的风险得到快速评估，保证配电网的安全稳定运行。附图说明图1为本专利技术基于传染病模型的信息安全风险传播控制方法的流程示意图。图2为本专利技术基于传染病模型的信息安全风险传播控制装置的模块示意图。具体实施方式下面结合说明书附图对本专利技术的实施方式进行描述。如图1所示，本专利技术设计了一种基于传染病模型的信息安全风险传播控制方法，该方法具体包括以下步骤：步骤1：将电力信息物理系统中的每个节点编号为1,2,3,...,N，生成电力信息融合系统的无向加权拓扑网络结构，将该电力信息物理系统拓扑结构的节点用一个N×N阶的Z条连边的无向加权稀疏邻接矩阵H来表示，其中N为节点总数目，Z为总连边数目；进入步骤2；步骤2：根据计算节点i的脆弱性，其中i,j∈1,2,3,...,N；Eij为节点i与其相连节点之间的紧密性，Mi表示节点i的所有邻居的组合，Gi表示节点i的所有邻居节点的个数；进入步骤3；步骤3：节点的相关性Li和与此节点的邻居节点个数Pi及与邻居节点直接相连的节点个数相关，根据计算节点i的相关性，其中Mi表示节点i的所有的邻居集合。进入步骤4；步骤4：根据Xi＝(1+α)Fi+(1+β)Li,(i＝1,2,3,...,N)计算节点i的承受能力，其中α为脆弱性能力系数,β为相关性能力系数。进入步骤5；步骤5：根据SIR传染病的传播模型，构造N×N的节点风险传播矩阵C，其中矩阵的对角线元素表示节点的状态包括本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于传染病模型的信息安全风险传播控制方法，其特征在于，包括：步骤1、生成电力信息物理系统的拓扑结构并将此拓扑结构用一个无向加权稀疏邻接矩阵来表示；步骤2、根据所述无向加权稀疏邻接矩阵计算节点的脆弱性；步骤3、根据所述无向加权稀疏邻接矩阵计算节点的相关性；步骤4、根据所计算节点的脆弱性和相关性计算节点的承受能力；步骤5、根据SIR传染病的传播矩阵模型，构造节点风险传播矩阵，其中矩阵的对角线元素表示节点的状态，包括易感节点、感染节点、免疫节点和消亡节点；步骤6、根据节点风险传播矩阵，计算矩阵中消亡节点占比并将其与预设节点消亡占比值对比，当计算的消亡节点占比大于预设节点消亡占比值时评估获得电网中节点的故障规模；当计算的消亡节点占比小于预设节点消亡占比值时，进入步骤7；步骤7、计算易感节点的邻居节点中免疫节点占比；步骤8、计算感染节点被攻击感染所需要的时间；步骤9、基于节点的承受能力计算感染节点的恢复时间，若节点恢复时间大于可行恢复时间值，将该感染节点在节点恢复时间之后转换成消亡节点，并执行步骤6至步骤9；若节点恢复时间小于可行恢复时间值，将该感染节点在节点恢复时间之后就转换成免疫节点；步骤10、根据步骤9确定获得节点风险传播矩阵中的易感节点、感染节点、免疫节点和消亡节点的数目，并评估获得电网中节点的故障规模；步骤11、输出所评估的电网中节点的故障规模。...

【技术特征摘要】
1.一种基于传染病模型的信息安全风险传播控制方法，其特征在于，包括：步骤1、生成电力信息物理系统的拓扑结构并将此拓扑结构用一个无向加权稀疏邻接矩阵来表示；步骤2、根据所述无向加权稀疏邻接矩阵计算节点的脆弱性；步骤3、根据所述无向加权稀疏邻接矩阵计算节点的相关性；步骤4、根据所计算节点的脆弱性和相关性计算节点的承受能力；步骤5、根据SIR传染病的传播矩阵模型，构造节点风险传播矩阵，其中矩阵的对角线元素表示节点的状态，包括易感节点、感染节点、免疫节点和消亡节点；步骤6、根据节点风险传播矩阵，计算矩阵中消亡节点占比并将其与预设节点消亡占比值对比，当计算的消亡节点占比大于预设节点消亡占比值时评估获得电网中节点的故障规模；当计算的消亡节点占比小于预设节点消亡占比值时，进入步骤7；步骤7、计算易感节点的邻居节点中免疫节点占比；步骤8、计算感染节点被攻击感染所需要的时间；步骤9、基于节点的承受能力计算感染节点的恢复时间，若节点恢复时间大于可行恢复时间值，将该感染节点在节点恢复时间之后转换成消亡节点，并执行步骤6至步骤9；若节点恢复时间小于可行恢复时间值，将该感染节点在节点恢复时间之后就转换成免疫节点；步骤10、根据步骤9确定获得节点风险传播矩阵中的易感节点、感染节点、免疫节点和消亡节点的数目，并评估获得电网中节点的故障规模；步骤11、输出所评估的电网中节点的故障规模。2.根据权利要求1所述基于传染病模型的信息安全风险传播控制方法，其特征在于，所述步骤1中无向加权稀疏邻接矩阵为一个N×N阶的Z条连边的无向加权稀疏邻接矩阵，其中N为节点总数目，Z为总连边数目。3.根据权利要求1所述基于传染病模型的信息安全风险传播控制方法，其特征在于，所述步骤2中计算节点的脆弱性Fi采用公式：其中，i,j∈1,2,3,...,N，i表示节点，N表示节点总数目；Eij表示节点i与其相连节点之间的紧密性；Mi表示节点i的所有邻居的组合，Gi表示节点i的所有邻居节点的个数。4.根据权利要求1所述基于传染病模型的信息安全风险传播控制方法，其特征在于，所述步骤3中计算节点的相关性Li采用公式：其中，i＝1,2,3,...,N，i表示节点，N表示节点总数目；Pi表示节点的邻居节点个数；Mi表示节点i的所有的邻居集合。Pm邻居节...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓松，朱博宇，岳东，徐雨楠，王堃，张利平，吴新新，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32