基于SEIPQR模型的工控蠕虫防御策略

作者:潘洁; 叶兰; 赵贺; 张鑫磊
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随着社会的发展和科技的进步,计算机病毒也在演变,变得越来越复杂和隐蔽。其中,蠕虫病毒是最早的计算机病毒,它已经演变成一种工业控制蠕虫病毒病毒,可以在工业控制系统上感染和传播,对工业生产的安全有很大影响。单一网络隔离或补丁免疫已无法跟上蠕虫病毒的传播速度。针对这种情况,本文分析了蠕虫病毒在工控系统上的传输方式和特点,提出了一种基于原有网络隔离和补丁的工控蠕虫防御策略,以达到有效防御蠕虫病毒的目的。基于传染病模型的基本思想,该防御策略提出了一个数学模型SEIPQR来模拟蠕虫的传播趋势。该模型包括六种状态:易感状态(Susceptible)、暴露状态(Exposed)、修补状态(Patched)、感染状态(Infected)、隔离状态(Quarantine)和免疫状态(Recovered)。建立了六个状态转换图模型,得到了状态转换图的微积分方程。当系统设备数量一定时,对方程进行变换,通过求解基本再生数R0求解方程,并分析了暴露主机和感染主机数量为0时模型的六个方程表达式。然后根据Routh-Hurwitz准则,得出当R0<1时系统渐近稳定,当R0>1时系统不稳定的结论。然后,通过数值模拟,比较了SEI-PQR模型在不同修补概率、不同隔离率和不同感染率情况下的动态特性,得到了模型的无病平衡点和地方病平衡点。数据仿真结果表明,当整个系统感染蠕虫病毒时,及时对易受攻击的设备进行修补和网络隔离,可以有效抑制工控蠕虫的传播。