基于BP神经网络的信息安全风险评估
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极严重的
对系统几乎没有影响 有一些很小的影响， 但只需很小的努力就可恢复系统 会产生一些确定的伤害， 需要支出资源维修费 对系统资源或服务的信任程度的显著降低， 需要支出重要资源维修费 可引起重要系统的中断，或连接客户损失或商业信任损失 可引起系统持续中断或永久关闭
全的威胁主要表现在： 非授权访问、冒充合法用户、破坏数据完 整 性 、干 扰 系 统 正 常 运 行 、利 用 网 络 传 播 病 毒 、线 路 窃 听 等 方 面。安全威胁主要利用以下途径： 系统安全的漏洞， 系统安全体 系的缺陷， 使用人员的安全意识薄弱、管理制度的薄弱等。
识别现有的安全控制 确定发生的可能性 确定造成的后果
因素的等级。
影响严重性
表 ２ 影响严重性等级
描述
确定各风险因素等级
确定系统风险等级
图 １ 风险评估流程 人 为 的 、恶 意 的 和 非 恶 意 的 、内 部 攻 击 和 外 部 攻 击 等 。对 信 息 安
无足轻重的 较小的 有影响
破坏性的 严重的
ｋ
ａｎ
ｋ
ｃｑ
如果利用薄弱点产生了威胁， 要确定对系统所产生的后 果。通过估计在每一个安全种类（ 保密性、完整性、可用性） 系统 所 可 能 造 成 的 损 失 来 确 定 每 一 个 威 胁／薄 弱 点 对 所 造 成 的 影 响
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图 ２ 单隐层 ＢＰ 神经网络结构
的 严 重 性 。 其 损 失 可 以 通 过 系 统 的 职 能 、降 级 和 系 统 响 应 时 间
１ 引言
信息安全风险评估， 指依据有关信息技术标准， 对信息系 统 及 由 其 处 理 、传 输 和 存 储 的 信 息 的 保 密 性 、完 整 性 和 可 用 性 （ ＣＩＡ） 等安全 属 性 进 行 科 学 、公 正 的 综 合 评 估 的 过 程 。 它 要 评 估 信 息 系 统 的 脆 弱 性 、信 息 系 统 面 临 的 威 胁 以 及 脆 弱 性 被 威 胁 源利用后所产生的实际负面影响， 并根据安全事件发生的可能 性和负面影响的程度来识别信息系统的安全风险。
操 纵 和 技 术 控 制 措 施 ［２］。
２．５ 确定风险发生的可能性
确 定 利 用 系 统 的 薄 弱 点 产 生 威 胁 的 可 能 性 。即 事 件 发 生 的 频率的估计。可以用表 １ 来确定风险发生的可能性等级。
３ ＢＰ 网络结构分析
反 向 传 播 神 经 网 络 （ ＢＰ 网 ） 是 目 前 最 成 熟 ， 应 用 最 广 泛 的 人工神经网络之一， 其基本的网络是三层前馈网络。包括输入 层、隐含层、输出层。对于输入信号， 要先向前传播到隐含节点，
出统一的度量标准来估算各因素的风险指标， 然后根据一定的 评价方法， 给出整个系统的风险等级。风险评估的目的是为了 让决策者进行风险处置， 运用综合的策略来解决风险。
从计算方法上区分风险评估有定性方法， 定量方法， 部分 定 量 方 法 。主 要 的 评 价 方 法 有 层 次 分 析 法 、决 策 树 分 析 法 、马 尔 可夫建模等， 但是这些方法具有很强的人为性， 影响评价结果 的 准 确 性 和 客 观 性 。本 文 采 用 定 性 和 定 量 相 结 合 的 方 法 评 价 信 息安全的风险等级 ， ＢＰ 神经网络的应用， 很好地克服了评价中 的主观性。
Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ 计算机工程与应用
２００７， ４３（ １） １３９
基于 ＢＰ 神经网络的信息安全风险评估
赵冬梅 １， 刘海峰 ２， 刘晨光 １ ＺＨＡＯ Ｄｏｎｇ－ ｍｅｉ１， ＬＩＵ Ｈａｉ－ ｆｅｎｇ２， ＬＩＵ Ｃｈｅｎ－ ｇｕａｎｇ１
２ 风险评估流程
风险评估的流程大体是： （ １） 确定信息资产及其价值。（ ２） 识别系统潜在的威胁。（ ３） 对应每一威胁， 对系统存在的薄弱点 进行识别。这些薄弱点指系统中能被威胁利用的弱点， 它们组 成“威胁／薄弱点”对。（ ４） 对已采取的安全控制措施进 行 确 认 。 （ ５） 确定特定威胁事件发生的可能性。（ ６） 确定风险对系统产生 的后果。（ ７） 建立风险测量的方法及风险因素等级评价原则， 确 定各个风险因素的等级。（ ８） 利用神经网络技术确定整个系统 的风险等级， 如图 １ 所示［１］。
在第七届信息安全大会上， 国家安全中心安全研究与服务 中心吴亚非主任在报告 “我国信 息安 全风 险评估 的 现 状 与 发 展 ”中 指 出 ， 风 险 是 客 观 存 在 的 ， 采 取 什 么 样 的 措 施 加 以 规 避 ， 是常规的网络安全技术和安全产品解决不了的， 必须用新的方 法和方式加以解决。信息风险评估， 是信息安全建设的基础和 起点， 是信息安全建设和管理的科学方法。风险评估提倡一种 适度安全， 风险评估不追求零风险， 风险评估体现一个基本原 则， 就是从实际出发， 坚持有针对性的建设和管理。
最后得到输出变量结果， 神经元节点函数通常取为 Ｓ 型函数。 ＢＰ 网 可 以 实 现 从 输 入 到 输 出 的 任 意 复 杂 的 非 线 性 映 射 关 系 ， 并具有良好的泛化能力， 能够完成复杂模式识别的任务。ＢＰ 网 的典型结构如图 ２ 所示。
ｋ
ａ１
ｋ
ｃ１
… …
…
２．６ 确定风险发生的后果
表 １ 可能性等级
经过函数作用后， 再把隐含节点的输出信息传递到输出节点，
可能性 可忽略的
很低 低
中等 高
很高 极高
描述 基本不可能发生 每 ５ 年可能发生两到三次 每一年或不到一年可能发生一次 每 ６ 个月或不到 ６ 个月可能发生一次 每个月或不到一个月可能发生一次 每个月可能发生多次 每天可能发生多次
２．２ 识别系统的薄弱点
识别与每一个威胁有关的薄弱点， 产生一个威胁／薄弱点 对 。 可 以 通 过 风 险 评 估 文 件 、审 计 、系 统 缺 陷 报 告 、安 全 报 告 和
表 ３ 各风险因素的等级确定
发生的 可能性 可忽略的
很低 低
中等 高
无足轻重 低 低 低 低 低
较小的 低 低 低 低
１．河北师范大学 信息技术学院， 石家庄 ０５００１６ ２．河北师范大学 科技处， 石家庄 ０５００１６ １．Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， Ｈｅｂｅｉ Ｎｏｒｍａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｓｈｉｊｉａｚｈｕａｎｇ ０５００１６， Ｃｈｉｎａ ２．Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， Ｈｅｂｅｉ Ｎｏｒｍａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｓｈｉｊｉａｚｈｕａｎｇ ０５００１６， Ｃｈｉｎａ Ｅ－ ｍａｉｌ： ｄｍｚｈａｏ＠ｈｅｂｔｕ．ｅｄｕ．ｃｎ
２．１ 识别系统威胁
首先是识别系统的薄弱点所产生的威胁， 包括人为的和非
基金项目： 国家自然科学基金资助项目（ ６０５７３０３６） ； 河北省科技攻关计划（ ０４２１３５１２７） ； 河北省教育厅科技计划项目（ ２００４４４６） 。 作者简介： 赵冬梅， 女， 副教授， 博士研究生， 研究方向： 信息安全、计算机应用； 刘海峰， 男， 讲师， 研究方向： 计算机应用； 刘晨光， 男 ， 硕 士 研 究 生 ，
中等
影响的严重性
有影响 破坏性的
低
低
低
低
中等
中等
中等
高
高
高
严重的 低
中等 高 高 高
极严重的 低
中等 高 高 高
公 告 、自 动 工 具 和 技 术 安 全 评 估 等 来 识 别 威 胁 和 薄 弱 点 。 这 些 薄 弱 点 包 括 漏 洞 和 后 门 、电 磁 辐 射 、串 音 干 扰 、硬 件 故 障 、软 件
摘 要： 论文详细给出了信息安全的风险评估流程及评价方法。建立的信息安全风险评估体系采用 ＢＰ 神经网络方法， 是一种非线 性方法， 不带有明显的主观成分和人为因素， 使评价结果更有效、更客观。实例表明计算结果贴近成功案例结果。 关键词： 信息安全； 风险评估； ＢＰ 神经网络 文章编号： １００２－ ８３３１（ ２００７） ０１－ ０１３９－ ０３ 文献标识码： Ａ 中图分类号： ＴＰ３９３
算法的学习过程由正向传播过程和反向传播过程组成， 在
或 金 钱 损 失 、公 共 信 任 损 失 或 未 经 授 权 的 数 据 泄 露 来 测 量 。 可 以用表 ２ 来确定影响严重性等级。
前一个过程中， 输入信息从输入层经隐含单元逐层处理， 并传 向输出层， 每一层神经元的状态只影响下一层的神经元状态。
Ａｂｓｔｒ ａｃｔ： Ｔｈｅ ｆｌｏｗ ａｎｄ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｒｉｓｋ ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ ｏｆ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｓｅｃｕｒｉｔｙ ａｒｅ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ｉｎ ｄｅｔａｉｌ．ＢＰ ｎｅｕｒａｌ ｎｅｔｗｏｒｋ， ｔｈｅ ｍｅｔｈｏｄ ｉｓ ｎｏｎｌｉｎｅａｒ ｍｅｔｈｏｄ， ｉｓ ａｐｐｌｉｅｄ ｔｏ ｒｉｓｋ ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｓｅｃｕｒｉｔｙ．Ｔｈｅ ｓｕｂｊｅｃｔｉｖｉｔｙ ａｎｄ ｍｆｆｅｃｔｉｖｅ ｍｅｔｈｏｄ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ａｒｅ ｉｎ ａｃｃｏｒｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｒｅａｌｉｔｙ ｏｆ ｓｕｃｃｅｓｓｆｕｌ ｃａｓｅｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒ ｄｓ： ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｓｅｃｕｒｉｔｙ； ｒｉｓｋ ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ； ＢＰ ｎｅｕｒａｌ ｎｅｔｗｏｒｋ
研究方向： 计算机应用。
１４０ ２００７， ４３（ １）
Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ 计算机工程与应用
识别威胁
识别薄弱点
风险描述
整 性 和 可 用 性 方 面 所 造 成 影 响 的 严 重 性 可 以 表 示 风 险 。风 险 等 级 等 于 发 生 的 可 能 性 乘 以 在 系 统 的 保 密 性 、完 整 性 和 可 用 性 方 面所造成影响的严重性。表 ３ 显示了由这两个参数决定的风险
对系统几乎没有影响 有一些很小的影响， 但只需很小的努力就可恢复系统 会产生一些确定的伤害， 需要支出资源维修费 对系统资源或服务的信任程度的显著降低， 需要支出重要资源维修费 可引起重要系统的中断，或连接客户损失或商业信任损失 可引起系统持续中断或永久关闭
全的威胁主要表现在： 非授权访问、冒充合法用户、破坏数据完 整 性 、干 扰 系 统 正 常 运 行 、利 用 网 络 传 播 病 毒 、线 路 窃 听 等 方 面。安全威胁主要利用以下途径： 系统安全的漏洞， 系统安全体 系的缺陷， 使用人员的安全意识薄弱、管理制度的薄弱等。
识别现有的安全控制 确定发生的可能性 确定造成的后果
因素的等级。
影响严重性
表 ２ 影响严重性等级
描述
确定各风险因素等级
确定系统风险等级
图 １ 风险评估流程 人 为 的 、恶 意 的 和 非 恶 意 的 、内 部 攻 击 和 外 部 攻 击 等 。对 信 息 安
无足轻重的 较小的 有影响
破坏性的 严重的
ｋ
ａｎ
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如果利用薄弱点产生了威胁， 要确定对系统所产生的后 果。通过估计在每一个安全种类（ 保密性、完整性、可用性） 系统 所 可 能 造 成 的 损 失 来 确 定 每 一 个 威 胁／薄 弱 点 对 所 造 成 的 影 响
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图 ２ 单隐层 ＢＰ 神经网络结构
的 严 重 性 。 其 损 失 可 以 通 过 系 统 的 职 能 、降 级 和 系 统 响 应 时 间
１ 引言
信息安全风险评估， 指依据有关信息技术标准， 对信息系 统 及 由 其 处 理 、传 输 和 存 储 的 信 息 的 保 密 性 、完 整 性 和 可 用 性 （ ＣＩＡ） 等安全 属 性 进 行 科 学 、公 正 的 综 合 评 估 的 过 程 。 它 要 评 估 信 息 系 统 的 脆 弱 性 、信 息 系 统 面 临 的 威 胁 以 及 脆 弱 性 被 威 胁 源利用后所产生的实际负面影响， 并根据安全事件发生的可能 性和负面影响的程度来识别信息系统的安全风险。
操 纵 和 技 术 控 制 措 施 ［２］。
２．５ 确定风险发生的可能性
确 定 利 用 系 统 的 薄 弱 点 产 生 威 胁 的 可 能 性 。即 事 件 发 生 的 频率的估计。可以用表 １ 来确定风险发生的可能性等级。
３ ＢＰ 网络结构分析
反 向 传 播 神 经 网 络 （ ＢＰ 网 ） 是 目 前 最 成 熟 ， 应 用 最 广 泛 的 人工神经网络之一， 其基本的网络是三层前馈网络。包括输入 层、隐含层、输出层。对于输入信号， 要先向前传播到隐含节点，
出统一的度量标准来估算各因素的风险指标， 然后根据一定的 评价方法， 给出整个系统的风险等级。风险评估的目的是为了 让决策者进行风险处置， 运用综合的策略来解决风险。
从计算方法上区分风险评估有定性方法， 定量方法， 部分 定 量 方 法 。主 要 的 评 价 方 法 有 层 次 分 析 法 、决 策 树 分 析 法 、马 尔 可夫建模等， 但是这些方法具有很强的人为性， 影响评价结果 的 准 确 性 和 客 观 性 。本 文 采 用 定 性 和 定 量 相 结 合 的 方 法 评 价 信 息安全的风险等级 ， ＢＰ 神经网络的应用， 很好地克服了评价中 的主观性。
Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ 计算机工程与应用
２００７， ４３（ １） １３９
基于 ＢＰ 神经网络的信息安全风险评估
赵冬梅 １， 刘海峰 ２， 刘晨光 １ ＺＨＡＯ Ｄｏｎｇ－ ｍｅｉ１， ＬＩＵ Ｈａｉ－ ｆｅｎｇ２， ＬＩＵ Ｃｈｅｎ－ ｇｕａｎｇ１
２ 风险评估流程
风险评估的流程大体是： （ １） 确定信息资产及其价值。（ ２） 识别系统潜在的威胁。（ ３） 对应每一威胁， 对系统存在的薄弱点 进行识别。这些薄弱点指系统中能被威胁利用的弱点， 它们组 成“威胁／薄弱点”对。（ ４） 对已采取的安全控制措施进 行 确 认 。 （ ５） 确定特定威胁事件发生的可能性。（ ６） 确定风险对系统产生 的后果。（ ７） 建立风险测量的方法及风险因素等级评价原则， 确 定各个风险因素的等级。（ ８） 利用神经网络技术确定整个系统 的风险等级， 如图 １ 所示［１］。
在第七届信息安全大会上， 国家安全中心安全研究与服务 中心吴亚非主任在报告 “我国信 息安 全风 险评估 的 现 状 与 发 展 ”中 指 出 ， 风 险 是 客 观 存 在 的 ， 采 取 什 么 样 的 措 施 加 以 规 避 ， 是常规的网络安全技术和安全产品解决不了的， 必须用新的方 法和方式加以解决。信息风险评估， 是信息安全建设的基础和 起点， 是信息安全建设和管理的科学方法。风险评估提倡一种 适度安全， 风险评估不追求零风险， 风险评估体现一个基本原 则， 就是从实际出发， 坚持有针对性的建设和管理。
最后得到输出变量结果， 神经元节点函数通常取为 Ｓ 型函数。 ＢＰ 网 可 以 实 现 从 输 入 到 输 出 的 任 意 复 杂 的 非 线 性 映 射 关 系 ， 并具有良好的泛化能力， 能够完成复杂模式识别的任务。ＢＰ 网 的典型结构如图 ２ 所示。
ｋ
ａ１
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２．６ 确定风险发生的后果
表 １ 可能性等级
经过函数作用后， 再把隐含节点的输出信息传递到输出节点，
可能性 可忽略的
很低 低
中等 高
很高 极高
描述 基本不可能发生 每 ５ 年可能发生两到三次 每一年或不到一年可能发生一次 每 ６ 个月或不到 ６ 个月可能发生一次 每个月或不到一个月可能发生一次 每个月可能发生多次 每天可能发生多次
２．２ 识别系统的薄弱点
识别与每一个威胁有关的薄弱点， 产生一个威胁／薄弱点 对 。 可 以 通 过 风 险 评 估 文 件 、审 计 、系 统 缺 陷 报 告 、安 全 报 告 和
表 ３ 各风险因素的等级确定
发生的 可能性 可忽略的
很低 低
中等 高
无足轻重 低 低 低 低 低
较小的 低 低 低 低
１．河北师范大学 信息技术学院， 石家庄 ０５００１６ ２．河北师范大学 科技处， 石家庄 ０５００１６ １．Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， Ｈｅｂｅｉ Ｎｏｒｍａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｓｈｉｊｉａｚｈｕａｎｇ ０５００１６， Ｃｈｉｎａ ２．Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， Ｈｅｂｅｉ Ｎｏｒｍａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｓｈｉｊｉａｚｈｕａｎｇ ０５００１６， Ｃｈｉｎａ Ｅ－ ｍａｉｌ： ｄｍｚｈａｏ＠ｈｅｂｔｕ．ｅｄｕ．ｃｎ
２．１ 识别系统威胁
首先是识别系统的薄弱点所产生的威胁， 包括人为的和非
基金项目： 国家自然科学基金资助项目（ ６０５７３０３６） ； 河北省科技攻关计划（ ０４２１３５１２７） ； 河北省教育厅科技计划项目（ ２００４４４６） 。 作者简介： 赵冬梅， 女， 副教授， 博士研究生， 研究方向： 信息安全、计算机应用； 刘海峰， 男， 讲师， 研究方向： 计算机应用； 刘晨光， 男 ， 硕 士 研 究 生 ，
中等
影响的严重性
有影响 破坏性的
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中等 高 高 高
极严重的 低
中等 高 高 高
公 告 、自 动 工 具 和 技 术 安 全 评 估 等 来 识 别 威 胁 和 薄 弱 点 。 这 些 薄 弱 点 包 括 漏 洞 和 后 门 、电 磁 辐 射 、串 音 干 扰 、硬 件 故 障 、软 件
摘 要： 论文详细给出了信息安全的风险评估流程及评价方法。建立的信息安全风险评估体系采用 ＢＰ 神经网络方法， 是一种非线 性方法， 不带有明显的主观成分和人为因素， 使评价结果更有效、更客观。实例表明计算结果贴近成功案例结果。 关键词： 信息安全； 风险评估； ＢＰ 神经网络 文章编号： １００２－ ８３３１（ ２００７） ０１－ ０１３９－ ０３ 文献标识码： Ａ 中图分类号： ＴＰ３９３
算法的学习过程由正向传播过程和反向传播过程组成， 在
或 金 钱 损 失 、公 共 信 任 损 失 或 未 经 授 权 的 数 据 泄 露 来 测 量 。 可 以用表 ２ 来确定影响严重性等级。
前一个过程中， 输入信息从输入层经隐含单元逐层处理， 并传 向输出层， 每一层神经元的状态只影响下一层的神经元状态。
Ａｂｓｔｒ ａｃｔ： Ｔｈｅ ｆｌｏｗ ａｎｄ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｒｉｓｋ ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ ｏｆ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｓｅｃｕｒｉｔｙ ａｒｅ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ｉｎ ｄｅｔａｉｌ．ＢＰ ｎｅｕｒａｌ ｎｅｔｗｏｒｋ， ｔｈｅ ｍｅｔｈｏｄ ｉｓ ｎｏｎｌｉｎｅａｒ ｍｅｔｈｏｄ， ｉｓ ａｐｐｌｉｅｄ ｔｏ ｒｉｓｋ ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｓｅｃｕｒｉｔｙ．Ｔｈｅ ｓｕｂｊｅｃｔｉｖｉｔｙ ａｎｄ ｍｆｆｅｃｔｉｖｅ ｍｅｔｈｏｄ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ａｒｅ ｉｎ ａｃｃｏｒｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｒｅａｌｉｔｙ ｏｆ ｓｕｃｃｅｓｓｆｕｌ ｃａｓｅｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒ ｄｓ： ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｓｅｃｕｒｉｔｙ； ｒｉｓｋ ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ； ＢＰ ｎｅｕｒａｌ ｎｅｔｗｏｒｋ
研究方向： 计算机应用。
１４０ ２００７， ４３（ １）
Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ 计算机工程与应用
识别威胁
识别薄弱点
风险描述
整 性 和 可 用 性 方 面 所 造 成 影 响 的 严 重 性 可 以 表 示 风 险 。风 险 等 级 等 于 发 生 的 可 能 性 乘 以 在 系 统 的 保 密 性 、完 整 性 和 可 用 性 方 面所造成影响的严重性。表 ３ 显示了由这两个参数决定的风险
