摘　要：隨著數(shù)字化轉(zhuǎn)型進(jìn)程的深入推進(jìn)，以數(shù)據(jù)為驅(qū)動(dòng)的網(wǎng)絡(luò)安全引發(fā)產(chǎn)業(yè)界的普遍關(guān)注。數(shù)字孿生技術(shù)將會(huì)成為網(wǎng)絡(luò)安全企業(yè)實(shí)現(xiàn)數(shù)字化轉(zhuǎn)型與創(chuàng)造價(jià)值的重要驅(qū)動(dòng)力，有助于解決網(wǎng)絡(luò)安全發(fā)展過程中面臨的現(xiàn)實(shí)問題。在分析新時(shí)代網(wǎng)絡(luò)安全面臨問題和挑戰(zhàn)的基礎(chǔ)上，提出網(wǎng)絡(luò)安全數(shù)字孿生的概念，剖析網(wǎng)絡(luò)安全數(shù)字孿生的核心要素和外部關(guān)系，構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)安全數(shù)字孿生的體系架構(gòu)，明確網(wǎng)絡(luò)安全數(shù)字孿生的應(yīng)用價(jià)值，最后結(jié)合網(wǎng)絡(luò)安全企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型，提出網(wǎng)絡(luò)安全數(shù)字孿生的推進(jìn)思路。

內(nèi)容目錄：

1　新時(shí)代網(wǎng)絡(luò)安全的挑戰(zhàn)
1.1　網(wǎng)絡(luò)空間“未知大于已知”
1.2　安全風(fēng)險(xiǎn)“防不勝防”
1.3　網(wǎng)絡(luò)安全“牽一發(fā)而動(dòng)全身”
2　網(wǎng)絡(luò)安全數(shù)字孿生
2.1　體系架構(gòu)
2.2　核心要素
2.3　基本特征
2.4　外部關(guān)系
2.5　應(yīng)用價(jià)值
3　主要推進(jìn)思路
3.1　將數(shù)字孿生納入網(wǎng)絡(luò)安全企業(yè)數(shù)據(jù)化轉(zhuǎn)型發(fā)展戰(zhàn)略
3.2　強(qiáng)化網(wǎng)絡(luò)安全數(shù)字化建模，構(gòu)筑數(shù)字孿生發(fā)展牢固根基
3.3　加快開展核心技術(shù)壁壘突破，推進(jìn)數(shù)字孿生盡快落地
3.4　加強(qiáng)數(shù)字孿生自身安全設(shè)計(jì)，確保數(shù)字孿生安全運(yùn)行
4　結(jié)　語(yǔ)

在新時(shí)代，網(wǎng)絡(luò)空間已經(jīng)成為人類不可或缺的“第二生存空間”，網(wǎng)絡(luò)空間安全已成為人類普遍關(guān)注的世界性難題。當(dāng)前，網(wǎng)絡(luò)空間安全形勢(shì)日益嚴(yán)峻，特別是隨著數(shù)字化進(jìn)程的不斷深入，網(wǎng)絡(luò)安全問題已經(jīng)從網(wǎng)絡(luò)空間向物理世界延伸，線上線下的安全邊界日益模糊，網(wǎng)絡(luò)安全防御的范圍、邊界、范疇持續(xù)拓展。基于經(jīng)濟(jì)社會(huì)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的迫切需求及其可能帶來的網(wǎng)絡(luò)安全風(fēng)險(xiǎn)和挑戰(zhàn)，亟須從網(wǎng)絡(luò)安全設(shè)計(jì)的本源出發(fā)，變革網(wǎng)絡(luò)安全防御體系設(shè)計(jì)、產(chǎn)品研制、系統(tǒng)試驗(yàn)等研發(fā)模式，增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)安全防御體系的高效性、適應(yīng)性和主動(dòng)性，對(duì)于提升網(wǎng)絡(luò)空間安全具有非常重要的意義。

數(shù)字孿生的概念設(shè)想起源于 2003 年，并于 2010 年 被 美 國(guó) 國(guó) 家 航 空 航 天 局（National Aeronautics and Space Administration，NASA） 正式提出。其后在 2017 年、2018 年和 2019 年連續(xù)被國(guó)際知名調(diào)研機(jī)構(gòu) Gartner 列為十大技術(shù)趨勢(shì)之一。2020 年 7 月 28 日，Gartner 攜 手 樹根互聯(lián)發(fā)布了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)白皮書《如何利用數(shù)字孿生幫助企業(yè)創(chuàng)造價(jià)值》。該白皮書預(yù)測(cè)，數(shù)字孿生將是未來企業(yè)轉(zhuǎn)型與創(chuàng)造價(jià)值的重要驅(qū)動(dòng)力，到 2024 年，超過 25% 的全新數(shù)字孿生將作為新 IoT 原生業(yè)務(wù)應(yīng)用的綁定功能被采用。近年來，數(shù)字孿生已經(jīng)在智慧城市、智能制造、智慧建筑、智慧醫(yī)療等諸多領(lǐng)域得到成功的實(shí)踐應(yīng)用 。數(shù)字孿生網(wǎng)絡(luò)的概念也被提出，被認(rèn)為是未來網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、運(yùn)行、管理和運(yùn)營(yíng)的新方向。

數(shù)字孿生是以數(shù)字化方式創(chuàng)建物理實(shí)體的虛擬實(shí)體，借助歷史數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)及算法模型等，模擬、驗(yàn)證、預(yù)測(cè)、控制物理實(shí)體全生命周期過程的技術(shù)手段 。作為數(shù)字時(shí)代推進(jìn)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的重要抓手，數(shù)字孿生能夠建立物理世界的虛擬化數(shù)字鏡像，是實(shí)現(xiàn)以數(shù)據(jù)為驅(qū)動(dòng)創(chuàng)造新價(jià)值的重要途徑。在網(wǎng)絡(luò)安全體系設(shè)計(jì)及產(chǎn)品研發(fā)過程中，充分利用數(shù)字孿生虛實(shí)雙向映射、實(shí)時(shí)交互、動(dòng)態(tài)連接等特點(diǎn)，輔以數(shù)據(jù)全維采集、智能分析預(yù)測(cè)、模擬仿真推演等技術(shù)，構(gòu)建基于數(shù)字孿生的產(chǎn)品研發(fā)與試驗(yàn)平臺(tái)，能夠大幅提升網(wǎng)絡(luò)安全防御效能，促進(jìn)網(wǎng)絡(luò)安全產(chǎn)品研、建、用、維等全環(huán)節(jié)的使能閉環(huán)，從而有可能創(chuàng)造出“改變游戲規(guī)則”的顛覆性技術(shù)機(jī)遇。

本文以新時(shí)代網(wǎng)絡(luò)安全防御建設(shè)面臨的主要挑戰(zhàn)為切入點(diǎn)，提出網(wǎng)絡(luò)安全數(shù)字孿生的概念，構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)安全數(shù)字孿生體系架構(gòu)，并結(jié)合數(shù)字時(shí)代網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化、智能化的發(fā)展趨勢(shì)，提出推進(jìn)網(wǎng)絡(luò)安全數(shù)字孿生建設(shè)的主要思路，為提升網(wǎng)絡(luò)安全防御的整體效能提供可行的解決途徑。

1 新時(shí)代網(wǎng)絡(luò)安全的挑戰(zhàn)

1.1　網(wǎng)絡(luò)空間“未知大于已知”

維護(hù)網(wǎng)絡(luò)安全，首先要知道風(fēng)險(xiǎn)在哪里，是什么樣的風(fēng)險(xiǎn)，什么時(shí)候發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)。作為典型的復(fù)雜人造空間，網(wǎng)絡(luò)空間蘊(yùn)含著無數(shù)無法探知的漏洞和風(fēng)險(xiǎn)，無法從根本上做到絕對(duì)安全。眾多國(guó)家行為體、非國(guó)家行為體都可以利用這些未知漏洞信息發(fā)動(dòng)網(wǎng)絡(luò)零時(shí)差攻擊，并利用跳板攻擊、復(fù)合攻擊、防溯源等智能攻擊技術(shù)，提升網(wǎng)絡(luò)攻擊的隱蔽性和復(fù)雜性，導(dǎo)致未知威脅和蟄伏攻擊的應(yīng)對(duì)成為困擾網(wǎng)絡(luò)空間安全防御的一大難題。

在這種背景下，準(zhǔn)確感知網(wǎng)絡(luò)安全態(tài)勢(shì)成為最基本的工作。我國(guó)網(wǎng)絡(luò)安全等級(jí)保護(hù) 2.0 十分關(guān)注基于監(jiān)測(cè)預(yù)警的主動(dòng)防御，要求通過網(wǎng)絡(luò)安全監(jiān)測(cè)預(yù)警技術(shù)，收集態(tài)勢(shì)信息，找出安全漏洞，及時(shí)準(zhǔn)確預(yù)警，快速響應(yīng)處置，化解網(wǎng)絡(luò)漏洞引發(fā)的安全風(fēng)險(xiǎn)。然而，現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)安全監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)主要是通過部署監(jiān)測(cè)探針的方式，采集網(wǎng)絡(luò)重點(diǎn)部位的離散態(tài)勢(shì)數(shù)據(jù)。這種方式數(shù)據(jù)分析的來源和范圍有限，無法真實(shí)還原網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際運(yùn)行環(huán)境和安全狀態(tài)，也無法做出精準(zhǔn)的安全風(fēng)險(xiǎn)研判和趨勢(shì)預(yù)測(cè)，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)空間的“未知”風(fēng)險(xiǎn)和隱患仍然普遍存在。

1.2　安全風(fēng)險(xiǎn)“防不勝防”

面對(duì)層出不窮的網(wǎng)絡(luò)安全風(fēng)險(xiǎn)，諸如防火墻、入侵檢測(cè)、防病毒、信息加密等眾多安全防護(hù)手段不斷涌現(xiàn)。這些安全防護(hù)手段往往以分域隔離、邊界固防為目標(biāo)，以基于已知漏洞和風(fēng)險(xiǎn)規(guī)則的模式識(shí)別為主要運(yùn)用模式，并由此形成了“護(hù)城河”式的邊界網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)模式。這種安全防護(hù)模式可以防范已知的安全威脅，對(duì)于業(yè)務(wù)單一、封閉隔離的信息系統(tǒng)具有一定的安全防護(hù)作用。

隨著數(shù)字化進(jìn)程的不斷加快，網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用模式發(fā)生了本質(zhì)變化，傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)安全方式已經(jīng)力不從心，陷入了“防不勝防”的尷尬境地。一是疫情引發(fā)的遠(yuǎn)程辦公、醫(yī)療等“無接觸”模式加快推廣，網(wǎng)絡(luò)安全的防護(hù)邊界和范圍不再是固定的，而是動(dòng)態(tài)彈性變化的；二是基礎(chǔ)設(shè)施和應(yīng)用程序逐步向云遷移，云計(jì)算、虛擬化、移動(dòng)計(jì)算等新技術(shù)的應(yīng)用迫使網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)從邊界設(shè)防向端到端定制設(shè)計(jì)發(fā)展，“一招制敵”的邊界安全防護(hù)不再有效；三是數(shù)字化轉(zhuǎn)型拉動(dòng)以數(shù)據(jù)為生產(chǎn)要素的新型業(yè)務(wù)模式，數(shù)據(jù)全生命周期的安全防護(hù)成為新的研究課題，勢(shì)必要求安全防護(hù)深入具體的數(shù)據(jù)流程和典型的業(yè)務(wù)過程。在上述背景下，動(dòng)態(tài)防御、主動(dòng)防御、欺騙防御、智能防御等新型網(wǎng)絡(luò)安全防御機(jī)制不斷產(chǎn)生，以獲取更佳的安全防御能力。然而，由于網(wǎng)絡(luò)攻防處于不對(duì)等的困境，從根本上解決網(wǎng)絡(luò)安全問題并非易事，亟須尋找一種新的網(wǎng)絡(luò)安全設(shè)計(jì)機(jī)制和方法，打通現(xiàn)有安全產(chǎn)品研發(fā)到安全產(chǎn)品運(yùn)維的梗阻，能夠通過與現(xiàn)實(shí)網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)交互和動(dòng)態(tài)學(xué)習(xí)，以“道高一尺，魔高一丈”的迭代演進(jìn)模式，擺脫網(wǎng)絡(luò)安全風(fēng)險(xiǎn)“防不勝防”的現(xiàn)實(shí)困境。

1.3　網(wǎng)絡(luò)安全“牽一發(fā)而動(dòng)全身”

網(wǎng)絡(luò)安全是網(wǎng)絡(luò)空間的伴生屬性，與信息化是一體之兩翼、驅(qū)動(dòng)之雙輪。這就決定了不能以孤立、封閉、靜態(tài)的角度看待網(wǎng)絡(luò)安全問題，而是要辯證地從體系、關(guān)聯(lián)、動(dòng)態(tài)、開放等多個(gè)角度把握網(wǎng)絡(luò)安全的本質(zhì)特征，才能在網(wǎng)絡(luò)安全防御中取得實(shí)效。一是網(wǎng)絡(luò)安全是體系性的，任何安全漏洞都可能引發(fā)“底漏效應(yīng)”；二是網(wǎng)絡(luò)安全是共同的，與通信網(wǎng)絡(luò)、業(yè)務(wù)系統(tǒng)等信息化建設(shè)深度耦合，任何安全策略的調(diào)整都會(huì)對(duì)信息系統(tǒng)運(yùn)行帶來直接影響；三是網(wǎng)絡(luò)安全是動(dòng)態(tài)發(fā)展的，新的業(yè)務(wù)模式、攻擊手段、信息技術(shù)都需要針對(duì)性的安全防護(hù)設(shè)計(jì)，一招鮮式的網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)手段并不存在；四是網(wǎng)絡(luò)安全是開放的，需要整合和利用漏洞庫(kù)、情報(bào)庫(kù)、知識(shí)庫(kù)等各類社會(huì)資源，以合力的方式對(duì)抗日益國(guó)家化、智能化、隱蔽化的網(wǎng)絡(luò)攻擊。

在這種意義上，網(wǎng)絡(luò)安全防御設(shè)計(jì)需要堅(jiān)持頂層設(shè)計(jì)，既要考慮現(xiàn)有問題，也要以發(fā)展的角度看待未來需求；既要考慮全局性目標(biāo)，也要深入具體的業(yè)務(wù)特征進(jìn)行針對(duì)性設(shè)計(jì)；既要考慮自身的安全運(yùn)維管理，也要考慮與通信網(wǎng)絡(luò)、業(yè)務(wù)系統(tǒng)的協(xié)同聯(lián)動(dòng)；既要考慮自身特色資源庫(kù)的建設(shè)，也要考慮外部資源的引接與匯聚。正是因?yàn)檫@種“牽一發(fā)而動(dòng)全身”的特性，網(wǎng)絡(luò)安全防御需要一種覆蓋設(shè)計(jì)、研發(fā)、試驗(yàn)、建設(shè)、使用等全生命周期的設(shè)計(jì)模式和進(jìn)化環(huán)境，使得網(wǎng)絡(luò)安全防御能夠更加實(shí)戰(zhàn)化、體系化、常態(tài)化。

綜上所述，面向新時(shí)代網(wǎng)絡(luò)安全的發(fā)展需求，亟須發(fā)展新的網(wǎng)絡(luò)安全設(shè)計(jì)理念，探求“改變游戲規(guī)則”的網(wǎng)絡(luò)安全創(chuàng)新方法。在這種背景下，數(shù)字孿生技術(shù)憑借其虛實(shí)雙向映射、全程實(shí)時(shí)交互、數(shù)據(jù)智能挖掘等特點(diǎn)，能夠在網(wǎng)絡(luò)安全防御中發(fā)揮更加重要的作用。

2 網(wǎng)絡(luò)安全數(shù)字孿生

結(jié)合數(shù)字孿生的定義以及網(wǎng)絡(luò)安全領(lǐng)域的典型特點(diǎn)，對(duì)網(wǎng)絡(luò)安全數(shù)字孿生做出如下定義：網(wǎng)絡(luò)安全數(shù)字孿生是以數(shù)字化的形式，對(duì)物理世界中網(wǎng)絡(luò)安全領(lǐng)域的各類要素進(jìn)行多維度、跨時(shí)空、多粒度的精準(zhǔn)映射，形成具備“感知—分析—決策”的數(shù)字化智能體，通過虛實(shí)映射、動(dòng)態(tài)交互、智能學(xué)習(xí)，支撐網(wǎng)絡(luò)安全設(shè)計(jì)、研發(fā)、試驗(yàn)、部署、使用、運(yùn)維等全生命周期過程的能力優(yōu)化和迭代演進(jìn)。其中網(wǎng)絡(luò)安全領(lǐng)域的各種要素包括網(wǎng)絡(luò)安全產(chǎn)品、規(guī)則、策略、指令、資源、應(yīng)用以及人的各種活動(dòng)等。

2.1　體系架構(gòu)

從邏輯關(guān)系來說，網(wǎng)絡(luò)安全數(shù)字孿生體系架構(gòu)可以分為物理層、孿生層、應(yīng)用層，具體如圖 1 所示。

圖 1　網(wǎng)絡(luò)安全數(shù)字孿生體系架構(gòu)

2.1.1　物理層

物理網(wǎng)絡(luò)空間中的各種實(shí)體以及網(wǎng)絡(luò)安全核心設(shè)備構(gòu)成了網(wǎng)絡(luò)安全數(shù)字孿生的物理層。物理網(wǎng)絡(luò)實(shí)體具有不同的形態(tài)，如移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、園區(qū)網(wǎng)、黨政軍專網(wǎng)等，分別具有不同的安全防護(hù)需求，對(duì)應(yīng)需要部署針對(duì)性的安全防護(hù)設(shè)備。此外，物理層還包括各類內(nèi)嵌式或外接式的網(wǎng)絡(luò)安全數(shù)字孿生代理，支持?jǐn)?shù)據(jù)采集、控制方案接收等功能。

2.1.2　孿生層

孿生層是網(wǎng)絡(luò)安全數(shù)字孿生的核心，包括數(shù)據(jù)單元、模型單元、控制單元。其中數(shù)據(jù)單元包括數(shù)據(jù)匯聚、數(shù)據(jù)引接、數(shù)據(jù)治理以及大數(shù)據(jù)平臺(tái)等功能，支持物理網(wǎng)絡(luò)空間網(wǎng)絡(luò)安全及相關(guān)支撐數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)獲取和長(zhǎng)期存儲(chǔ)，形成網(wǎng)絡(luò)安全數(shù)字孿生的大數(shù)據(jù)“底座”。模型單元包括各類網(wǎng)絡(luò)安全數(shù)字孿生模型，同時(shí)具備模型管理、模型編排、模型組合等功能，并支持各類模型的二次開發(fā)和第三方引接，提高模型的可擴(kuò)展性?？刂茊卧蔷W(wǎng)絡(luò)安全數(shù)字孿生的“大腦”，包括數(shù)據(jù)融合分析、風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別、故障研判、模式推演、方案生成等智能化處理能力，并支持可視化呈現(xiàn)、效能評(píng)估及運(yùn)行控制等功能。控制單元形成的方案可直接發(fā)送到物理層的孿生代理，通過自動(dòng)化執(zhí)行，實(shí)現(xiàn)“采集—分析—決策—響應(yīng)”的智能閉環(huán)。

2.1.3　應(yīng)用層

應(yīng)用層是網(wǎng)絡(luò)安全數(shù)字孿生的服務(wù)交互平臺(tái)，提供設(shè)備級(jí)、系統(tǒng)級(jí)、體系級(jí)等不同類型的數(shù)字孿生應(yīng)用。其中，設(shè)備級(jí)應(yīng)用包括網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)設(shè)備的總體方案設(shè)計(jì)與驗(yàn)證、關(guān)鍵技術(shù)體制設(shè)計(jì)與驗(yàn)證、核心功能設(shè)計(jì)與驗(yàn)證、典型應(yīng)用模式設(shè)計(jì)與驗(yàn)證等。系統(tǒng)級(jí)應(yīng)用包括網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)、系統(tǒng)級(jí)關(guān)鍵技術(shù)及功能驗(yàn)證、系統(tǒng)聯(lián)試聯(lián)調(diào)、系統(tǒng)建設(shè)部署方案設(shè)計(jì)等。體系級(jí)應(yīng)用主要面向網(wǎng)絡(luò)安全防御體系的運(yùn)用及能力提升，如防御戰(zhàn)法推演、體系級(jí)對(duì)抗驗(yàn)證、體系能力演進(jìn)提升等。通過內(nèi)部交互接口，將應(yīng)用需求發(fā)送到孿生的控制單元；處理執(zhí)行后，將處理結(jié)果反饋到應(yīng)用人機(jī)交互界面，最終由操作人員進(jìn)行研判執(zhí)行。

2.2　核心要素

構(gòu)建虛實(shí)雙向映射、自演進(jìn)、自生長(zhǎng)的網(wǎng)絡(luò)安全數(shù)字孿生體是網(wǎng)絡(luò)安全數(shù)字孿生的基本目標(biāo)。安全數(shù)據(jù)、安全模型和安全大腦是網(wǎng)絡(luò)安全數(shù)字孿生體的核心要素，分別對(duì)應(yīng)孿生層的數(shù)據(jù)單元、模型單元、控制單元。網(wǎng)絡(luò)安全數(shù)字孿生的核心要素如圖 2 所示。

圖 2　網(wǎng)絡(luò)安全數(shù)字孿生的核心要素

2.2.1　安全數(shù)據(jù)

安全數(shù)據(jù)是網(wǎng)絡(luò)安全數(shù)字孿生體的基礎(chǔ)。利用物理網(wǎng)絡(luò)上的安全探針，實(shí)時(shí)獲取物理網(wǎng)絡(luò)上的網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)流量、安全策略配置、安全設(shè)備狀態(tài)、日志信息等數(shù)據(jù)，并以此作為數(shù)字孿生體運(yùn)行的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。同時(shí)，安全數(shù)據(jù)還包括從外部引接的各類情報(bào)、知識(shí)等。

2.2.2　安全模型

安全模型是網(wǎng)絡(luò)安全數(shù)字孿生體的骨架，包括元模型、數(shù)字孿生單元和數(shù)字孿生體。其中，元模型是創(chuàng)建模型最基礎(chǔ)的元素，是對(duì)物理網(wǎng)絡(luò)域安全各種要素進(jìn)行抽象表征的基本規(guī)則。基于數(shù)字孿生元模型進(jìn)行設(shè)計(jì)，能夠形成物理網(wǎng)絡(luò)空間安全各類要素的數(shù)字化映射模型，即數(shù)字孿生單元。根據(jù)實(shí)際的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹⑦\(yùn)維管理及業(yè)務(wù)流量，動(dòng)態(tài)組合和編排相應(yīng)的數(shù)字孿生單元，可以形成高保真、可視化的數(shù)字化映射系統(tǒng)，即數(shù)字孿生體。數(shù)字孿生體支持與物理網(wǎng)絡(luò)空間的動(dòng)態(tài)連接和實(shí)時(shí)交互，可通過動(dòng)態(tài)變化快速匹配物理網(wǎng)絡(luò)空間的實(shí)際情況。

2.2.3　安全大腦

安全大腦是網(wǎng)絡(luò)安全數(shù)字孿生體的核心中樞，是數(shù)字孿生體具備自閉環(huán)、自演進(jìn)、自適應(yīng)等生命力特征的根本。安全大腦能夠跨越時(shí)間和空間的限制，借助優(yōu)化模型、先驗(yàn)知識(shí)、控制算法等，對(duì)數(shù)字孿生體進(jìn)行全生命周期的分析、模擬、推演和控制，由此形成各種網(wǎng)絡(luò)安全防御知識(shí)、策略等，并利用網(wǎng)絡(luò)安全數(shù)字孿生體與物理網(wǎng)絡(luò)的反向交互通道，以更高的效率、更低的成本助力網(wǎng)絡(luò)安全防御的設(shè)計(jì)優(yōu)化、防護(hù)加固和運(yùn)維管控。

2.3　基本特征

網(wǎng)絡(luò)安全數(shù)字孿生以安全數(shù)據(jù)為驅(qū)動(dòng)，以安全模型為載體，能夠?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)安全提供全程伴生的智能控制“大腦”，為提升網(wǎng)絡(luò)防御效能提供重要的技術(shù)支撐。網(wǎng)絡(luò)安全數(shù)字孿生具有貫穿全程、虛實(shí)交互、智能共升等基本特征。

（1）貫穿全程。網(wǎng)絡(luò)安全數(shù)字孿生覆蓋網(wǎng)絡(luò)安全設(shè)計(jì)、研發(fā)、試驗(yàn)、部署、使用、運(yùn)維等全生命周期，在不同的階段能夠提供不同的數(shù)字孿生應(yīng)用服務(wù)。

（2）虛實(shí)交互。網(wǎng)絡(luò)安全數(shù)字域與物理網(wǎng)絡(luò)域之間支持雙向映射、動(dòng)態(tài)交互和實(shí)時(shí)連接，獲取的數(shù)據(jù)支持多樣化、多粒度安全模型的構(gòu)建與擴(kuò)展，并通過模型組合與海量數(shù)據(jù)支撐，形成與物理網(wǎng)絡(luò)空間高度一致的、模型定義的、數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的網(wǎng)絡(luò)安全“鏡像”。

（3）智能共升。網(wǎng)絡(luò)安全數(shù)字孿生體能夠跨越時(shí)間的維度獲取全量數(shù)據(jù)，能夠利用數(shù)字建模、模擬仿真、數(shù)據(jù)分析、人工智能等方式，從歷史數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)狀態(tài)中獲取未來的安全趨勢(shì)，從眾多不確定性中找出風(fēng)險(xiǎn)關(guān)聯(lián)，形成策略加固、資源調(diào)度、能力提升、運(yùn)維保障等方面的決策知識(shí)和處置方案，提交物理網(wǎng)絡(luò)域綜合評(píng)判或直接采納實(shí)施，從而在提升自身智慧水平的同時(shí)，增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)空間的安全防護(hù)效能。

2.4　外部關(guān)系

2.4.1　與數(shù)字孿生網(wǎng)絡(luò)的關(guān)系

網(wǎng)絡(luò)安全數(shù)字孿生是數(shù)字孿生網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分，數(shù)字孿生網(wǎng)絡(luò)能夠?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)安全數(shù)字孿生提供基礎(chǔ)的網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)環(huán)境。網(wǎng)絡(luò)安全數(shù)字孿生離不開數(shù)字孿生網(wǎng)絡(luò)。

2.4.2　與網(wǎng)絡(luò)安全監(jiān)測(cè)預(yù)警的關(guān)系

網(wǎng)絡(luò)安全監(jiān)測(cè)預(yù)警是網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)的重要部分，也是網(wǎng)絡(luò)安全數(shù)字孿生數(shù)字化建模的重要對(duì)象，可用于信息系統(tǒng)運(yùn)行過程中安全態(tài)勢(shì)掌控、安全風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警、應(yīng)急響應(yīng)處置等。網(wǎng)絡(luò)安全數(shù)字孿生覆蓋網(wǎng)絡(luò)安全設(shè)計(jì)、研制、試驗(yàn)、使用等全生命周期。一方面，在使用階段，可以利用網(wǎng)絡(luò)安全監(jiān)測(cè)預(yù)警提供的采集數(shù)據(jù)、安全知識(shí)、監(jiān)測(cè)策略等，作為網(wǎng)絡(luò)安全數(shù)字孿生的數(shù)據(jù)來源和建模依據(jù)；另一方面通過仿真模擬、預(yù)先研判等方式，網(wǎng)絡(luò)安全數(shù)字孿生能夠?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)安全監(jiān)測(cè)預(yù)警的系統(tǒng)設(shè)計(jì)、產(chǎn)品研制、運(yùn)用策略及模式提供數(shù)字化驗(yàn)證環(huán)境。

2.4.3　與網(wǎng)絡(luò)安全靶場(chǎng)的關(guān)系

網(wǎng)絡(luò)安全靶場(chǎng)是通過線下模擬、仿真、虛實(shí)結(jié)合等方式，構(gòu)建逼真擬實(shí)的網(wǎng)絡(luò)模擬環(huán)境，支撐網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)驗(yàn)證、攻防對(duì)抗演練、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估分析、技能培訓(xùn)等。網(wǎng)絡(luò)安全數(shù)字孿生可快速?gòu)?fù)現(xiàn)物理網(wǎng)絡(luò)空間現(xiàn)場(chǎng)真實(shí)狀態(tài)，能夠解決網(wǎng)絡(luò)安全靶場(chǎng)構(gòu)建、推演、評(píng)估等過程的復(fù)雜性和不確定性，是推進(jìn)網(wǎng)絡(luò)安全靶場(chǎng)高水平建設(shè)的必由之路?，F(xiàn)階段網(wǎng)絡(luò)安全靶場(chǎng)可作為獨(dú)立平臺(tái)采用數(shù)字孿生技術(shù)構(gòu)建，未來隨著網(wǎng)絡(luò)安全數(shù)字孿生技術(shù)的逐步成熟，網(wǎng)絡(luò)安全靶場(chǎng)的應(yīng)用功能可全部整合到網(wǎng)絡(luò)安全數(shù)字孿生，從而使得網(wǎng)絡(luò)安全數(shù)字孿生成為與物理網(wǎng)絡(luò)空間伴生發(fā)展的復(fù)合功能體。

2.5　應(yīng)用價(jià)值

網(wǎng)絡(luò)安全數(shù)字孿生的應(yīng)用，將為網(wǎng)絡(luò)安全防御提供“改變游戲規(guī)則”的發(fā)展機(jī)遇，為解決當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)安全“未知大于已知”“防不勝防”“牽一發(fā)而動(dòng)全身”等問題提供新的解決思路。

2.5.1　網(wǎng)絡(luò)安全產(chǎn)品研發(fā)的數(shù)字試驗(yàn)床

當(dāng)前，數(shù)字孿生在工業(yè)領(lǐng)域作為支持產(chǎn)品研發(fā)、設(shè)計(jì)、制造、營(yíng)銷和服務(wù)的支撐理論和技術(shù)，得到眾多跨國(guó)企業(yè)的探索實(shí)踐 [8]。在網(wǎng)絡(luò)安全領(lǐng)域，網(wǎng)絡(luò)安全數(shù)字孿生能夠以最小的代價(jià)和最低的成本形成產(chǎn)品數(shù)字化模型，集成現(xiàn)有安全防護(hù)設(shè)備，構(gòu)建虛實(shí)協(xié)同的網(wǎng)絡(luò)安全數(shù)字化試驗(yàn)環(huán)境，成為安全防護(hù)設(shè)備在需求分析、方案設(shè)計(jì)、樣機(jī)研制、系統(tǒng)聯(lián)試、產(chǎn)品交付等不同階段的數(shù)字化試驗(yàn)平臺(tái)。這種方式能夠?qū)鹘y(tǒng)安全產(chǎn)品作坊式無序研發(fā)模式轉(zhuǎn)變?yōu)榛跀?shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的科學(xué)研發(fā)模式，有效支撐網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)產(chǎn)品全生命周期的協(xié)同創(chuàng)新和迭代升級(jí)，徹底改變網(wǎng)絡(luò)安全設(shè)計(jì)“圍追堵截”“防不勝防”的被動(dòng)局面。網(wǎng)絡(luò)安全數(shù)字孿生支撐產(chǎn)品研發(fā)如圖 3 所示。

圖 3　網(wǎng)絡(luò)安全數(shù)字孿生支撐產(chǎn)品研發(fā)

在設(shè)備需求分析與方案設(shè)計(jì)階段，通過構(gòu)建數(shù)字化模型，可以提前驗(yàn)證功能性能指標(biāo)的合理性，支撐設(shè)備研制總要求的編制，形成更加合理可行的設(shè)備研制技術(shù)方案。在設(shè)備研制階段，通過與試驗(yàn)樣機(jī)及其網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行環(huán)境的實(shí)時(shí)交互，可以充分驗(yàn)證關(guān)鍵技術(shù)體制的有效性，減少試錯(cuò)風(fēng)險(xiǎn)，為優(yōu)化和完善技術(shù)路線選擇提供科學(xué)依據(jù)。在系統(tǒng)聯(lián)試階段，通過數(shù)字孿生環(huán)境與物理環(huán)境的動(dòng)態(tài)交互，可以充分試驗(yàn)和驗(yàn)證產(chǎn)品組織運(yùn)用模式、管理保障模式、協(xié)同聯(lián)動(dòng)方式的合理性，支撐形成更為有效的產(chǎn)品建設(shè)部署方案。在產(chǎn)品交付階段，能夠模擬和評(píng)估產(chǎn)品在各種應(yīng)用環(huán)境的防御模式及效能，推演產(chǎn)品建設(shè)部署后出現(xiàn)的各種異常結(jié)果，減輕或避免因策略配置、故障失效、資源調(diào)度等引發(fā)的防御效能下降問題。

2.5.2　網(wǎng)絡(luò)安全決策推演的數(shù)字化沙盤

軍事沙盤能夠形象展示作戰(zhàn)地區(qū)的地形、敵我陣地組成、兵力部署和兵器配置等情況，可用于指揮員研究地形、敵情、作戰(zhàn)方案，組織協(xié)同活動(dòng)，實(shí)施戰(zhàn)術(shù)演練，研究戰(zhàn)例和總結(jié)作戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)等。數(shù)字孿生之所以引發(fā)業(yè)界的高度重視，一方面在于其能夠利用虛實(shí)映射、實(shí)時(shí)交互、動(dòng)態(tài)連接等特性，形成 1 ∶ 1 還原物理世界實(shí)時(shí)狀態(tài)的虛擬“鏡像”，如同沙盤還原作戰(zhàn)地形和陣地一般；另一方面，可以通過數(shù)字建模、模擬仿真、數(shù)據(jù)分析、智能推理等技術(shù)，具備思考、預(yù)測(cè)與判斷能力，進(jìn)而通過可重復(fù)的、可試錯(cuò)式的方案推演，發(fā)現(xiàn)潛在的改進(jìn)點(diǎn)與風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)，并最終形成解決物理世界問題的最優(yōu)方案，如同在沙盤上演練作戰(zhàn)方案。

網(wǎng)絡(luò)安全數(shù)字孿生能夠跨越時(shí)間的限制，立體、多維地展示歷史、當(dāng)前、未來的網(wǎng)絡(luò)安全態(tài)勢(shì)。一方面，在該安全態(tài)勢(shì)的基礎(chǔ)上，網(wǎng)絡(luò)安全數(shù)字孿生大腦能夠?qū)Π踩葑冓厔?shì)、攻擊影響范圍、網(wǎng)絡(luò)脆弱性等進(jìn)行推理、研判及評(píng)估，從多個(gè)角度識(shí)別網(wǎng)絡(luò)攻擊特征，復(fù)盤網(wǎng)絡(luò)攻擊路徑，溯源網(wǎng)絡(luò)攻擊源頭，對(duì)于扭轉(zhuǎn)網(wǎng)絡(luò)空間“未知大于已知”的困境提供有效的途徑。另一方面，網(wǎng)絡(luò)安全數(shù)字孿生還提供了一種推演安全防御戰(zhàn)法的“沙盤”。在該數(shù)字化“沙盤”上，可以按需設(shè)置安全策略、部署安全機(jī)制、分配安全資源，而不影響實(shí)際網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行，通過多粒度、多維度的試驗(yàn)和評(píng)估，形成效能最優(yōu)、影響面最小的網(wǎng)絡(luò)安全防御及運(yùn)維管理方案，并將該方案直接推送至物理網(wǎng)絡(luò)空間執(zhí)行，從而有效解決網(wǎng)絡(luò)安全在使用過程中“牽一發(fā)而動(dòng)全身”的現(xiàn)實(shí)難題。

3 主要推進(jìn)思路

網(wǎng)絡(luò)安全數(shù)字孿生通過建立網(wǎng)絡(luò)安全產(chǎn)品研發(fā)的數(shù)字試驗(yàn)床，在產(chǎn)品部署和應(yīng)用后，形成網(wǎng)絡(luò)安全決策控制和運(yùn)維管理的數(shù)字化沙盤，實(shí)現(xiàn)基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的網(wǎng)絡(luò)安全防御能力的內(nèi)在迭代演進(jìn)，并為人工智能等新型信息技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)安全領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用創(chuàng)造良好的數(shù)據(jù)環(huán)境，促進(jìn)網(wǎng)絡(luò)安全產(chǎn)品在研、建、用、維等環(huán)節(jié)上的“無縫隙”融合。在當(dāng)前全面推進(jìn)企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的大潮中，網(wǎng)絡(luò)安全企業(yè)要充分利用數(shù)據(jù)這一新型生產(chǎn)要素，采用數(shù)字孿生技術(shù)打通產(chǎn)品在全生命周期的內(nèi)部壁壘，創(chuàng)造出更多的數(shù)據(jù)價(jià)值。

3.1　將數(shù)字孿生納入網(wǎng)絡(luò)安全企業(yè)數(shù)據(jù)化轉(zhuǎn)型發(fā)展戰(zhàn)略

當(dāng)前，數(shù)字化轉(zhuǎn)型已成為信息時(shí)代的大勢(shì)所趨，通過數(shù)字化、信息化、智能化建設(shè)能夠推進(jìn)企業(yè)全流程、全鏈路的重塑再造，化解網(wǎng)絡(luò)安全企業(yè)發(fā)展過程中的不確定性，進(jìn)一步提升企業(yè)可持續(xù)發(fā)展能力。開展數(shù)字化轉(zhuǎn)型，首要任務(wù)就是制定數(shù)字化轉(zhuǎn)型戰(zhàn)略，進(jìn)行數(shù)字化轉(zhuǎn)型頂層設(shè)計(jì)，將數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的理念、方法和機(jī)制根植于網(wǎng)絡(luò)安全發(fā)展的全局。作為推動(dòng)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的重要抓手，數(shù)字孿生技術(shù)將會(huì)成為網(wǎng)絡(luò)安全企業(yè)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)型與創(chuàng)造價(jià)值的關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)力，有效發(fā)揮其在模型設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)采集、分析預(yù)測(cè)、模擬仿真等方面的積極作用，有力推進(jìn)網(wǎng)絡(luò)安全產(chǎn)品在研發(fā)機(jī)制、業(yè)務(wù)場(chǎng)景、價(jià)值模式、創(chuàng)新方式等方面的數(shù)字化轉(zhuǎn)型。

3.2　強(qiáng)化網(wǎng)絡(luò)安全數(shù)字化建模，構(gòu)筑數(shù)字孿生發(fā)展牢固根基

數(shù)字化建模是網(wǎng)絡(luò)安全數(shù)字孿生的基礎(chǔ)。通過對(duì)網(wǎng)絡(luò)安全建設(shè)全生命周期過程中網(wǎng)絡(luò)安全產(chǎn)品、運(yùn)維管理活動(dòng)和網(wǎng)絡(luò)信息依存環(huán)境的數(shù)字化表達(dá)，能夠形成模塊級(jí)、設(shè)備級(jí)、系統(tǒng)級(jí)、體系級(jí)等不同類型的數(shù)字化模型或數(shù)字樣機(jī)。這些數(shù)字化模型或數(shù)字樣機(jī)通過動(dòng)態(tài)組合和編排，將構(gòu)建出與物理網(wǎng)絡(luò)空間直接映射的網(wǎng)絡(luò)安全數(shù)字孿生體，為開展體系優(yōu)化設(shè)計(jì)、功能性能指標(biāo)驗(yàn)證、技術(shù)方案合理性評(píng)估、組織運(yùn)用模式研究、產(chǎn)品版本迭代提升等活動(dòng)創(chuàng)造良好條件。為此，在網(wǎng)絡(luò)安全產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程中，需要將數(shù)字樣機(jī)設(shè)計(jì)作為產(chǎn)品研制的重要環(huán)節(jié)，積極打造可擴(kuò)展、可定制的數(shù)字樣機(jī)基礎(chǔ)平臺(tái)，并有效銜接數(shù)字化論證、數(shù)字化研制、數(shù)字化試驗(yàn)等過程，為網(wǎng)絡(luò)安全數(shù)字孿生提供基礎(chǔ)的模型支撐。

3.3　加快開展核心技術(shù)壁壘突破，推進(jìn)數(shù)字孿生盡快落地

網(wǎng)絡(luò)安全數(shù)字孿生涉及仿真建模、大數(shù)據(jù)分析、人工智能、虛擬現(xiàn)實(shí)、人機(jī)協(xié)同、自主操控等眾多核心技術(shù)，而且實(shí)現(xiàn)具備貫穿全程、交互、智能共升特征的網(wǎng)絡(luò)安全數(shù)字孿生體所需的技術(shù)難度很高。在我國(guó)大力推進(jìn)信息技術(shù)應(yīng)用創(chuàng)新發(fā)展，強(qiáng)調(diào)科技創(chuàng)新自立自強(qiáng)的背景下，需要加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)安全數(shù)字孿生基礎(chǔ)理論創(chuàng)新研究，加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)安全虛實(shí)映射技術(shù)、智能演進(jìn)模型構(gòu)建、自動(dòng)推演與實(shí)時(shí)反饋等核心關(guān)鍵技術(shù)的突破，為網(wǎng)絡(luò)安全數(shù)字孿生發(fā)展提供安全可控的技術(shù)支撐。同時(shí)，需要加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)安全數(shù)字孿生標(biāo)準(zhǔn)化研究，開展網(wǎng)絡(luò)安全數(shù)字孿生體架構(gòu)、數(shù)字樣機(jī)模型、數(shù)字孿生環(huán)境接口等標(biāo)準(zhǔn)化制定工作，提前布局自主可控的網(wǎng)絡(luò)安全數(shù)字孿生產(chǎn)業(yè)生態(tài)。

3.4　加強(qiáng)數(shù)字孿生自身安全設(shè)計(jì)，確保數(shù)字孿生安全運(yùn)行

網(wǎng)絡(luò)安全數(shù)字孿生是以數(shù)據(jù)為核心的信息化環(huán)境，具有數(shù)據(jù)量大、數(shù)據(jù)類型復(fù)雜、數(shù)據(jù)交互頻繁等特點(diǎn)，如何確保數(shù)字孿生環(huán)境在運(yùn)行過程中的安全性，是網(wǎng)絡(luò)安全數(shù)字孿生建設(shè)過程中需要重點(diǎn)解決的關(guān)鍵問題之一。在自身安全設(shè)計(jì)上，需要重點(diǎn)考慮：一是數(shù)據(jù)安全治理，實(shí)現(xiàn)基于數(shù)據(jù)分級(jí)分類的數(shù)據(jù)受控訪問；二是數(shù)據(jù)安全交互，實(shí)現(xiàn)基于跨域數(shù)據(jù)的安全交換；三是數(shù)據(jù)安全監(jiān)測(cè)，持續(xù)對(duì)各類安全威脅行為進(jìn)行監(jiān)測(cè)與防御；四是數(shù)據(jù)安全存儲(chǔ)以及數(shù)據(jù)傳輸機(jī)密性保護(hù)。通過以上措施，提升網(wǎng)絡(luò)安全數(shù)字孿生的自身安全保護(hù)能力，有效防范和化解數(shù)據(jù)安全風(fēng)險(xiǎn)，確保數(shù)字孿生的安全可靠運(yùn)行。

4 結(jié)　語(yǔ)

網(wǎng)絡(luò)安全將成為未來人類發(fā)展過程中的一個(gè)永恒命題。習(xí)近平總書記提出構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)空間命運(yùn)共同體的重要理念，2022 年 11 月國(guó)務(wù)院發(fā)布的《攜手構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)空間命運(yùn)共同體》白皮書 ，也進(jìn)一步詮釋了網(wǎng)絡(luò)安全在網(wǎng)絡(luò)空間中的基石作用。如何從根本上改變現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)安全的發(fā)展困境，尋找“改變游戲規(guī)則”的網(wǎng)絡(luò)安全發(fā)展路徑，是當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)安全在數(shù)字化轉(zhuǎn)型、信息技術(shù)發(fā)展驅(qū)動(dòng)過程中需要面臨的現(xiàn)實(shí)問題。在這種背景下，提出了網(wǎng)絡(luò)安全數(shù)字孿生體系架構(gòu)，并在對(duì)其應(yīng)用價(jià)值分析的基礎(chǔ)上，對(duì)網(wǎng)絡(luò)安全企業(yè)推進(jìn)數(shù)字孿生深化應(yīng)用提出了一些發(fā)展思路。由于網(wǎng)絡(luò)安全數(shù)字孿生在理論研究和應(yīng)用探索方面還需要各個(gè)領(lǐng)域的持續(xù)推動(dòng)，網(wǎng)絡(luò)安全數(shù)字孿生的發(fā)展和應(yīng)用注定是一個(gè)長(zhǎng)期持續(xù)的過程。充分利用數(shù)字孿生技術(shù)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)安全數(shù)字孿生從理論到實(shí)效的轉(zhuǎn)化，促進(jìn)網(wǎng)絡(luò)安全的價(jià)值再造和體系重塑，還需要大量細(xì)致深入的研究工作。因此，網(wǎng)絡(luò)安全數(shù)字孿生研究任重而道遠(yuǎn)。

引用格式：郭夙昌 , 黃金濤 , 鄧?yán)咨?, 等 . 網(wǎng)絡(luò)安全數(shù)字孿生研究 [J]. 信息安全與通信保密 ,2023(6):29-39.
作者簡(jiǎn)介 >>>
郭夙昌，男，博士，高級(jí)工程師，主要研究方向?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)空間安全；
黃金濤，男，碩士，高級(jí)工程師，主要研究方向?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)空間安全；
鄧?yán)咨?，碩士，高級(jí)工程師，主要研究方向?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)空間安全；
吳　茜，女，碩士，高級(jí)工程師，主要研究方向?yàn)轶w系工程建模；
劉在爽，男，博士，高級(jí)工程師，主要研究方向?yàn)閰^(qū)塊鏈、網(wǎng)絡(luò)安全靶場(chǎng)；
林　夕，男，博士，助理教授，主要研究方向?yàn)閿?shù)據(jù)安全與隱私計(jì)算、區(qū)塊鏈、智能物聯(lián)網(wǎng)等。
選自《信息安全與通信保密》2023年第6期（為便于排版，已省去原文參考文獻(xiàn)）
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