《一、网络空间安全态势》

一、网络空间安全态势

随着社会信息化和全球网络化进程的推进，国 家安全和政治、经济、社会发展对网络空间的依赖 程度日益加剧，使得网络空间成为当今社会功能和 社会活动的重要支撑。然而，网络空间的广泛脆弱 性使世界各国都面临着前所未有的国家安全威胁形 势。网络犯罪、网络恐怖主义、黑客攻击以及网络 战对国家安全的威胁凸显，迫使各国将网络空间安 全提升至国家安全的战略高度，强调网络空间对于 国家利益和国家安全具有非常重要的地位和意义， 开始将网络空间视为陆、海、空、天之后的“第五 空间”。

目前，网络空间攻防态势基本上处于“易攻难守”状态，这就造成了攻击和防御在诸多方面的不 对称。网络空间信息系统在设计链、生产链、供应 链及服务链等环节存在可信度或安全风险不受控的 情形，使得任何国家或组织都无法从根本上消除信 息系统或网络基础设施的安全漏洞，而攻击者只需 发现并成功利用其中的一个漏洞，就可能给系统带 来难以预估的安全风险。

尽管大部分防御技术与防御产品，如防火墙、 防病毒软件、基于特征的入侵检测技术等得到了广 泛使用，然而这些技术是以阻挡和检测为主要手段， 具有一定的被动性和滞后性 [1]，属于静态的被动防 御方法，尤其难以很好地应对未知漏洞和后门的威 胁，存在防御缺陷。

在被动防御技术难以应对未知漏洞、后门问题 的困境下，主动防御技术逐步发展并成为研究的焦 点。主动防御是指能够在攻击的具体方法和步骤被 防御者知悉之前实现防御部署，有效抵抗未知攻击 的破坏的防御技术。相对于被动防御技术，主动防 御能够降低攻击对系统的破坏性，最大程度防范攻 击的发生或进行，尤其是针对未知的攻击，能够实 施更加主动的、前摄的防御。典型的主动防御技术， 有入侵容忍、移动目标、拟态防御等。其中拟态防 御作为我国新兴的主动防御技术，其优势在工程实 践与应用中得到了较好的实现和验证，在网络空间 安全防御中具有可观的发展前景，有望成为“网络 空间再平衡战略”的有力抓手。

《二、主动防御发展历程》

二、主动防御发展历程

网络空间主动防御技术是相对于传统防御技术 提出的，强调系统在受到攻击前能够主动发现、应 对随时可能发生的攻击。传统的防御手段如入侵检 测、病毒检测、防火墙等方法往往是在攻击发生以 后，通过分析攻击行为特征、病毒代码等提出针对 性的防御措施，并辅以沙箱、蜜罐等手段捕捉攻击 行为，通过打补丁、软件升级等方式试图减少软硬 件漏洞 [2]。然而这些手段难以从根本上消除漏洞， 也不能很好地应对未知漏洞和后门的威胁，属于滞 后的防御手段。

主动防御技术目标通常是构造安全 的系统架构或运行方式，尽可能从根本上增大攻击 的难度，降低攻击成功的概率，对广义上的攻击行 为进行有效的遏制，从而实现系统的安全。因而， 主动防御技术在新型的、未知的攻击行为面前具有 较强的抵抗性，是网络安全领域的研究热点之一。 主动防御技术的早期形态以入侵容忍技术为 主。

入侵容忍技术是由容错技术发展而来的。容错 技术最初针对的是计算机系统尤其是分布式系统的 计算结果一致性问题而提出的。20 世纪 80 年代， 容错技术开始应用于恶意漏洞的防御，由“容错” 发展为“容侵”，由此产生“入侵容忍”的概念 [3]。

入侵容忍借用容错技术来达到容侵、保持系统可生 存性和弹性的目的，是当时主流的信息系统安全技 术之一。基于入侵容忍技术产生的系统被称作入侵 容忍系统（ITS）。入侵容忍系统没有明确的和广泛 采用的定义，但可概括为：即使在面临部分组件被 成功攻击时，仍然可以持续正确地工作且向用户提 供预期的服务的系统 [4~7]。 入侵容忍系统的实现基本分为三种类型：检 测触发型、算法驱动型和混合型。检测触发型的 入侵容忍系统主要通过入侵检测发现入侵行为， 继而触发系统的恢复操作以清除入侵，达到入侵 容忍的目的。算法驱动型的入侵容忍系统多通过 大数表决及其衍生算法和拜占庭表决算法掩盖部 分组件的失效或故障。也存在两种类型混合的入 侵容忍系统，如 SITAR，既进行表决，也对系统 的内部错误进行检测。 入侵容忍的共同目标是保证系统的可用性和弹 性，即当系统受到破坏时能够继续维持正常服务或 在最短时间内切换服务器使服务持续，尽可能减少 平均故障时间。

由于入侵容忍技术在主动防御概念 之前出现，在防御思路上已经具备了主动防御的特 点，同时受限于当时网络威胁的特点，在入侵容忍 系统的设计思路上具有一定的局限性，而入侵容忍 的提出和丰富的设计方案为主动防御技术的发展提 供了研究起点和基础。 由于冗余代价较高，入侵容忍技术研究在维持 了 20 年左右的时间后，逐渐没落。为破解网络防 御困局，以美国为首的部分国家积极转变防御理念， 以主动防范未知漏洞或威胁为目标，以大幅度增加 网络攻击风险和代价为手段，着力增强网络防御的 灵活适应性与动态自主性，大力探索主动防御新技 术，以理论和技术的革命性创新确保美国在网络 攻防领域的压倒性优势，并制定了一系列的战略 规划、计划和纲领性文件，开展顶层设计。移动目标防御技术应运而生，2011 年美国科学技术委 员会发布了《可信网络空间：联邦网络空间安全 研发战略规划》，将“移动目标防御（MTD）”确 定为“改变游戏规则”的革命性防御技术 [8]，并 制定了由联邦政府、产业和学术机构共同参与的 网络安全研发框架，保障研发规划的落实。

在美国的带动和刺激下，俄、英、法、印、日、 德、韩等国纷纷跟进，将网络空间安全提升至国家 战略层面，全面推进相关制度创设、力量创建和技 术创新，试图在塑造全球网络空间新格局进程中抢 占有利位置。以“主动变化、增加攻击者攻击难度” 为典型特征的主动防御技术成为了网络防御技术发 展方向。

移动目标防御旨在设计能够在非安全环境中可 靠工作的弹性系统，其技术愿景是在多个不同的系 统维度上，开发、分析和部署防御者可控的、随时 间动态迁移和变化的机制和策略，以限制自身脆弱 性的暴露，降低被攻击的机会，同时大幅增加攻击 者的成本 [9]。移动目标防御技术在网络层、平台层、 运行环境、软件层和数据层都具有应用场景，共同 的特点是通过动态地改变系统的配置、组成或状态， 使系统具有动态性、随机性、难以预测性，从而使 攻击者难以发现攻击目标，或难以针对目标的漏洞 实施有效的攻击。

移动目标防御改变了长久以来的静态设计，提 出增加动态性以提高安全性，是主动防御的重要理 念之一。移动目标防御技术的提出在很大程度上提 升了主动防御技术的研究热度。

《三、拟态防御理论与实践》

三、拟态防御理论与实践

近年来，伴随着多起震惊世界的网络安全事件 的曝光，全球各国对网络空间安全的重视程度不断 提高。在国家级网络空间安全战略的引领下，拟态 防御针对网络空间未知漏洞和后门问题，提出采用 “有毒带菌”组件和“沙滩建楼”方法构建由内生 防御机理保证的风险可控、安全可信的系统 [2]。

拟态防御技术以功能等价条件下的变结构拟态 计算为基础，以高可靠的非相似余度“容错”模式 为基本架构，以非配合条件下的多模裁决为核心机 制，并以在装置的服务功能与其外在的结构表征之 间导入不确定性关系为重点，利用动态异构冗余构 造的控制调度管理环节引入复合调度策略，利用动 态异构冗余构造的可重构、可重组、可重建、可重 定义和虚拟化等构造方法，增强功能等价条件下装 置结构表征的不确定性并扰乱攻击者的信息链，使 攻击者探测感知或预测防御行为与特征的难度呈非 线性增加，使攻击成果的有效利用转化为极小概率 事件。

目前，拟态防御技术已在路由器和 web 服务器 上进行了原理实践和验证，相关的产品化工作和其 他原理验证研究也在同步开展中。

2016 年 1 月至 6 月，受国家科技部委托，上海 市科委组织国家信息技术安全研究中心等 9 家权威 检测单位，组成联合测试团队对拟态防御原理验证 系统开展了测试验证工作。

测评对象为两种应用场下的拟态防御原理验证 系统，一种是属于信息通信网络基础设施范畴的拟 态路由器或交换机原理验证系统，另一种是属于网 络信息服务范畴的拟态 web 服务器原理验证系统。 为了检验拟态系统的内生防御机理，测试程序规定 评测对象不得安装任何防护工具，测试过程中不能 进行任何形式的漏洞修补或后门封堵等增量开发， 也不能使用诸如防护墙、加密认证等安全手段。

测试采取了包括使用黑盒测试、白盒测试、渗 透测试、对比测试等在内的多种测试方法和手段， 也包括预置后门和配合注入病毒木马等方式，测试 验证以下五个方面的问题。

（1）拟态防御系统能否隐匿拟态界内的未知漏 洞和后门。

（2）攻击方能否利用拟态界内未知漏洞注入未 知病毒木马。

（3）防御方能否有效抑制拟态界内基于未知因 素的协同攻击。

（4）能否允许拟态界内使用“不可信、不可控” 的软硬构件。

（5）拟态界内运行环境能否允许“有毒带菌”。

测试中共完成了 13 类、113 项、204 例验证 测试。所有测试验证都是在保证目标对象服务功 能和性能前提下进行的，验证测试结果与理论预 期完全吻合。测试结果和分析评估结果表明受测 系统是拟态防御理论与方法的成功实践，同时也 验证了拟态防御原理的正确性和可行性，进一步 说明应用系统工程思想能够在理论和实践上解决网络空间安全防御的难题。

拟态防御是一种内生的安全架构技术，对架构 内的未知漏洞、陷门、后门甚至一些未知的病毒和 木马具有自然免疫力，与现有的被动防御手段的有 效融合可以形成对抗网络空间已知或未知攻击的能 力。但拟态防御并不企图一劳永逸地解决网络空间 的所有安全问题，也不奢望独立地构建任何安全防 护体系，不排除融合已被证明具有安全效果的任何 防御体系和技术手段，更不阻碍接纳未来可能出现 的新安全技术或方法。总之，拟态防御对现有网络 空间安全防御体制具有互补性，在技术上具有融合 性，在产品上具有自主可控性。

《四、主动防御优势与挑战》

四、主动防御优势与挑战

拟态防御、入侵容忍和移动目标同属于主动防 御技术范畴，而这三种技术在提出背景、实现方法、 技术愿景等方面不尽相同。

入侵容忍以维持系统可用性为主要目的，使系 统具有较强的生存能力和恢复能力，从而减少平均 故障时间，提高系统可生存性，保证了服务、数据 等的可靠性。然而入侵容忍对于性价比的研究和探 索较少，直观上看，冗余和表决将带来较高的资源 成本和时延，因而性价比问题可能是导致入侵容忍 技术没落的主要原因。

移动目标防御能够提高攻击门槛，对攻击目标 起到一定的隐蔽作用。由于攻击行为一般具有较强 的针对性，因而，通过动态变化使系统静态性减弱， 能够使攻击者难以定位攻击目标，从而起到一定的 隐蔽作用，增大了攻击发起的难度。然而，要保持 动态性和有效的防御，需要系统具有较高的变化频 率，可能会对系统的性能造成一定的损失，性能和 变化频率的折衷将是移动目标防御研究的重点之 一。另一方面，多样呈现的系统在特定时刻下仍是 单一性质的系统，可能会给攻击者提供更大的攻击 面和更多的攻击目标，对系统的防御起到反作用。

拟态防御能够扰乱攻击者与被攻击对象的信息 链，扰乱攻击者的判断，从而造成攻击发起难、持 续难、再现难。拟态防御既能够维持可用性，同时 也能够对被攻击目标起到隐蔽作用。与移动目标的 隐蔽原理不同，拟态防御通过表决输出的方式“中 和”或掩盖被攻击目标的输出，从而对外表现为无 异常或攻击无效，扰乱攻击者对攻击成败和效果的 判断。相比入侵容忍技术，拟态防御在防御目的上 更倾向于对安全性整体的防护而不仅仅是可用性。 拟态防御的技术组合具有调优的潜力，能够用相对 较少的资源开销实现相对较高的防御能力，具有较 好的发展前景。

入侵容忍和移动目标防御技术的研究和应用集 中在以美国为主的发达国家，在这两项主动防御技 术的研究中，我国虽然加紧跟进，却始终处于滞后 地位。拟态防御作为我国自主提出的网络空间主动 防御技术，在网络空间安全的重要性不断被提升的 形势下，需把握先机，加快推进，打造我国自主可 控的防御策略体系，构建主动防御堡垒，打破网络 安全在攻防博弈、大国博弈的不平衡态势，为重构 我国网络空间安全地位提供支撑。

《五、网络安全再平衡战略》

五、网络安全再平衡战略

拟态防御技术作为我国新兴的主动防御技术， 能够在“软硬构件供应链不可控、不可信”的前提 下，支撑全球化时代网络安全与信息化“一体两翼， 双轮驱动”发展目标的实现，有助于消除网络安全 与信息化融合领域给全球自由贸易造成的有形或无 形壁垒，使得基于未知漏洞、后门、病毒木马等攻 击失去威胁和震慑作用，显著增加攻击代价，创造 网络信息领域新需求，促进功能等价异构多元化市 场的繁荣，同时不再只是排他性竞争。拟态防御为 国家级信息系统自主可控发展战略提供了一条新思 路。需要综合利用国家资源优势，加快推进拟态防 御应用推广，为网络安全再平衡战略提供有力抓手。

《（一）应用推广》

（一）应用推广

在拟态防御前期原理验证系统的研制和测试基 础上，进一步研制拟态路由器或交换机、拟态 web 服务器、拟态文件或数据存储系统、拟态防火墙或 网关等可产品化的软硬件技术成果。

作为战略性任务，需动员全社会力量发展完善 拟态防御相关理论与方法，进一步提炼优化关键 技术，推进技术的创新与融合，为拟态防御的产 品化、定制化发展提供完备的理论体系和技术体 系保障。

拟态防御作为普适性原理和方法，应发动相关行业技术力量结合本领域特点，研究定制化的实现 技术，开展拟态防御产品试验示范应用，推动拟态 防御产品在各行业领域的应用，促进拟态防御技术 的产业化。

《（二）标准制定》

（二）标准制定

拟态防御研究团队有责任、有义务以拟态防御 技术为出发点，制定出拟态防御技术乃至主动防御 技术相关的指标体系和测试规范，编制完成满足拟 态防御设备或系统认证评估要求的分级指标体系， 形成国家标准和行业规范，为拟态防御技术的完善 和主动防御技术的发展添砖加瓦。

《（三）政策策略》

（三）政策策略

在政策与策略研究上，应着力发挥技术领跑优 势，快速抢占产业和市场先机，尽快形成网络空间 新型防御能力，为网络安全与信息化融合领域释放 出“网络安全再平衡战略”所需的创新活力与动力。