安全課題申報(bào)評(píng)審書(shū)一、封面內(nèi)容

項(xiàng)目名稱(chēng)：基于多源數(shù)據(jù)融合與強(qiáng)化學(xué)習(xí)的工業(yè)控制系統(tǒng)安全態(tài)勢(shì)感知關(guān)鍵技術(shù)研究

申請(qǐng)人姓名及聯(lián)系方式：張明，高級(jí)研究員，郵箱：zhangming@

所屬單位：國(guó)家工業(yè)信息安全研究院

申報(bào)日期：2023年10月26日

項(xiàng)目類(lèi)別：應(yīng)用研究

二．項(xiàng)目摘要

本項(xiàng)目聚焦工業(yè)控制系統(tǒng)（ICS）面臨的復(fù)雜安全威脅，旨在研發(fā)一套基于多源數(shù)據(jù)融合與強(qiáng)化學(xué)習(xí)的安全態(tài)勢(shì)感知關(guān)鍵技術(shù)體系，提升ICS安全防護(hù)的智能化和動(dòng)態(tài)化水平。項(xiàng)目以工業(yè)控制系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、異常行為識(shí)別和威脅預(yù)測(cè)為核心，構(gòu)建多源異構(gòu)數(shù)據(jù)融合框架，整合工控系統(tǒng)日志、網(wǎng)絡(luò)流量、設(shè)備狀態(tài)及外部威脅情報(bào)等多維度信息，通過(guò)深度特征提取與時(shí)空關(guān)聯(lián)分析，實(shí)現(xiàn)安全事件的精準(zhǔn)溯源與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。在方法上，采用圖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（GNN）建模工控系統(tǒng)的拓?fù)渑c行為依賴(lài)關(guān)系，結(jié)合長(zhǎng)短期記憶網(wǎng)絡(luò)（LSTM）捕捉時(shí)序數(shù)據(jù)中的安全演化規(guī)律，并引入多智能體強(qiáng)化學(xué)習(xí)（MARL）框架，動(dòng)態(tài)優(yōu)化安全資源的協(xié)同調(diào)度策略。預(yù)期成果包括：1）一套融合多源數(shù)據(jù)的ICS安全態(tài)勢(shì)感知平臺(tái)，支持實(shí)時(shí)威脅檢測(cè)與預(yù)警；2）基于強(qiáng)化學(xué)習(xí)的自適應(yīng)安全防御策略生成模型，顯著降低誤報(bào)率和響應(yīng)延遲；3）驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)證明，該體系在典型工控場(chǎng)景中可提升安全事件檢測(cè)準(zhǔn)確率至92%以上，防御效率較傳統(tǒng)方法提高40%。項(xiàng)目成果將推動(dòng)ICS安全防護(hù)從被動(dòng)響應(yīng)向主動(dòng)防御轉(zhuǎn)型，為關(guān)鍵信息基礎(chǔ)設(shè)施的安全保障提供核心技術(shù)支撐，具有顯著的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

三.項(xiàng)目背景與研究意義

當(dāng)前，隨著“工業(yè)4.0”和“中國(guó)制造2025”戰(zhàn)略的深入推進(jìn)，工業(yè)控制系統(tǒng)（ICS）已成為支撐現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)和社會(huì)運(yùn)行的核心基礎(chǔ)設(shè)施。ICS廣泛部署于能源、交通、制造、化工等關(guān)鍵行業(yè)，其安全穩(wěn)定運(yùn)行直接關(guān)系到國(guó)家經(jīng)濟(jì)安全、社會(huì)公共安全和生產(chǎn)民生。然而，伴隨著ICS與信息網(wǎng)絡(luò)的深度融合，其面臨的威脅環(huán)境也日趨復(fù)雜化、隱蔽化和智能化。傳統(tǒng)的安全防護(hù)體系多基于邊界防御和單一維度監(jiān)控，難以應(yīng)對(duì)新型網(wǎng)絡(luò)攻擊，如針對(duì)工控協(xié)議的零日漏洞利用、基于的勒索軟件變種、以及復(fù)雜的供應(yīng)鏈攻擊等。這些攻擊往往具有極強(qiáng)的定制化和持續(xù)性，能夠繞過(guò)傳統(tǒng)安全設(shè)備的檢測(cè)，對(duì)ICS造成毀滅性影響。例如，2015年的Stuxnet病毒事件通過(guò)精心設(shè)計(jì)的惡意代碼篡改西門(mén)子PLC（可編程邏輯控制器）的運(yùn)行邏輯，成功癱瘓伊朗核設(shè)施的離心機(jī)，該事件充分暴露了ICS安全防護(hù)的脆弱性。近年來(lái)，針對(duì)ICS的網(wǎng)絡(luò)攻擊事件頻發(fā)，從烏克蘭電網(wǎng)遭攻擊導(dǎo)致大面積停電，到美國(guó)某煉油廠因SCADA系統(tǒng)被入侵引發(fā)生產(chǎn)中斷，均凸顯了ICS安全防護(hù)的緊迫性和重要性。

目前，ICS安全態(tài)勢(shì)感知領(lǐng)域的研究尚處于發(fā)展初期，存在諸多亟待解決的問(wèn)題。首先，數(shù)據(jù)孤島現(xiàn)象嚴(yán)重。ICS環(huán)境中的數(shù)據(jù)來(lái)源多樣，包括操作系統(tǒng)日志、數(shù)據(jù)庫(kù)記錄、網(wǎng)絡(luò)流量、傳感器數(shù)據(jù)、設(shè)備配置文件等，但這些數(shù)據(jù)往往分散存儲(chǔ)于不同廠商、不同安全域的系統(tǒng)中，缺乏統(tǒng)一的管理和共享機(jī)制，導(dǎo)致難以進(jìn)行全面、立體的安全分析。其次，數(shù)據(jù)異構(gòu)性與復(fù)雜性高。工控系統(tǒng)采用多種異構(gòu)協(xié)議（如Modbus,Profibus,DNP3,OPCUA等），數(shù)據(jù)格式和語(yǔ)義差異巨大，且工控環(huán)境對(duì)實(shí)時(shí)性要求極高，使得數(shù)據(jù)預(yù)處理和分析面臨巨大挑戰(zhàn)。此外，安全事件特征模糊，ICS攻擊行為往往與正常操作存在高度相似性，且攻擊路徑復(fù)雜多變，傳統(tǒng)的基于規(guī)則或統(tǒng)計(jì)模型的方法難以有效識(shí)別隱蔽性強(qiáng)的攻擊。再者，缺乏動(dòng)態(tài)自適應(yīng)的防御能力?，F(xiàn)有防護(hù)策略多為靜態(tài)配置或基于歷史數(shù)據(jù)的經(jīng)驗(yàn)規(guī)則，難以應(yīng)對(duì)攻擊者不斷變化的攻擊手法和工控環(huán)境的動(dòng)態(tài)變化，導(dǎo)致防御措施滯后于威脅發(fā)展。最后，學(xué)術(shù)研究與工業(yè)實(shí)踐脫節(jié)。許多先進(jìn)的安全技術(shù)源于理論探索，但在復(fù)雜多變的工控場(chǎng)景中驗(yàn)證不足，難以快速轉(zhuǎn)化為實(shí)際可行的防護(hù)方案。因此，開(kāi)展基于多源數(shù)據(jù)融合與強(qiáng)化學(xué)習(xí)的ICS安全態(tài)勢(shì)感知關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)，不僅是應(yīng)對(duì)當(dāng)前嚴(yán)峻安全挑戰(zhàn)的迫切需求，更是推動(dòng)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)安全防護(hù)體系升級(jí)、保障關(guān)鍵信息基礎(chǔ)設(shè)施安全的必由之路。

本項(xiàng)目的研究具有重要的社會(huì)價(jià)值、經(jīng)濟(jì)價(jià)值以及學(xué)術(shù)價(jià)值。**社會(huì)價(jià)值方面**，通過(guò)構(gòu)建先進(jìn)的ICS安全態(tài)勢(shì)感知體系，能夠顯著提升關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施抵御網(wǎng)絡(luò)攻擊的能力，有效防范因網(wǎng)絡(luò)攻擊引發(fā)的社會(huì)秩序混亂、公共安全事故和經(jīng)濟(jì)損失。例如，在電力、交通、供水等領(lǐng)域應(yīng)用本項(xiàng)目成果，可以保障基礎(chǔ)服務(wù)的連續(xù)性和穩(wěn)定性，維護(hù)社會(huì)和諧穩(wěn)定，提升國(guó)家網(wǎng)絡(luò)安全保障水平。項(xiàng)目的實(shí)施有助于增強(qiáng)社會(huì)整體的安全意識(shí)，推動(dòng)形成安全、可信、可靠的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)生態(tài)，為數(shù)字經(jīng)濟(jì)的健康發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。**經(jīng)濟(jì)價(jià)值方面**，ICS安全事件造成的直接和間接經(jīng)濟(jì)損失巨大。據(jù)相關(guān)機(jī)構(gòu)統(tǒng)計(jì)，一次嚴(yán)重的ICS攻擊可能導(dǎo)致數(shù)百萬(wàn)甚至數(shù)十億美元的經(jīng)濟(jì)損失，并伴隨巨大的業(yè)務(wù)中斷成本和聲譽(yù)損害。本項(xiàng)目通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新，能夠有效降低安全事件的發(fā)生概率和影響范圍，為企業(yè)和國(guó)家節(jié)省巨額的經(jīng)濟(jì)損失。同時(shí)，項(xiàng)目成果的推廣應(yīng)用將帶動(dòng)相關(guān)安全產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，創(chuàng)造新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)，提升我國(guó)在工業(yè)信息安全領(lǐng)域的核心競(jìng)爭(zhēng)力，為制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)和數(shù)字經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展提供有力支撐。**學(xué)術(shù)價(jià)值方面**，本項(xiàng)目將多源數(shù)據(jù)融合技術(shù)、圖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、長(zhǎng)短期記憶網(wǎng)絡(luò)以及多智能體強(qiáng)化學(xué)習(xí)等前沿技術(shù)引入ICS安全領(lǐng)域，探索了復(fù)雜系統(tǒng)安全態(tài)勢(shì)感知的新范式，有助于推動(dòng)與網(wǎng)絡(luò)安全交叉學(xué)科的發(fā)展。項(xiàng)目的研究將豐富ICS安全威脅檢測(cè)、態(tài)勢(shì)分析和動(dòng)態(tài)防御的理論體系，為后續(xù)相關(guān)研究提供方法論借鑒和技術(shù)基礎(chǔ)。通過(guò)解決工控系統(tǒng)特有的安全難題，項(xiàng)目將促進(jìn)安全技術(shù)的理論創(chuàng)新，并驗(yàn)證技術(shù)在解決復(fù)雜安全場(chǎng)景中的可行性和有效性，為在關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施安全領(lǐng)域的深入應(yīng)用積累寶貴的經(jīng)驗(yàn)和數(shù)據(jù)。

四.國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

在工業(yè)控制系統(tǒng)安全態(tài)勢(shì)感知領(lǐng)域，國(guó)內(nèi)外研究機(jī)構(gòu)和企業(yè)已開(kāi)展了諸多探索，取得了一定進(jìn)展，但整體仍處于發(fā)展階段，面臨諸多挑戰(zhàn)和待解決的問(wèn)題。

**國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀**：國(guó)內(nèi)對(duì)ICS安全的研究起步相對(duì)較晚，但發(fā)展迅速，尤其在政府政策引導(dǎo)和市場(chǎng)需求的雙重驅(qū)動(dòng)下，近年來(lái)投入顯著增加。研究方向主要集中在ICS漏洞分析、工控系統(tǒng)安全評(píng)估、入侵檢測(cè)以及基礎(chǔ)防護(hù)技術(shù)的研發(fā)等方面。例如，中國(guó)科學(xué)院、清華大學(xué)、北京航空航天大學(xué)等高校和研究機(jī)構(gòu)在工控協(xié)議分析、異常行為檢測(cè)等方面取得了一系列成果，提出了一些基于規(guī)則或統(tǒng)計(jì)模型的檢測(cè)方法。部分企業(yè)如奇安信、綠盟科技、安恒信息等也推出了面向ICS的安全產(chǎn)品，主要功能集中在漏洞掃描、入侵檢測(cè)和日志審計(jì)等層面。在態(tài)勢(shì)感知方面，國(guó)內(nèi)研究開(kāi)始關(guān)注多源信息的融合，但多數(shù)仍停留在數(shù)據(jù)層面的簡(jiǎn)單關(guān)聯(lián)，缺乏對(duì)工控系統(tǒng)復(fù)雜行為和攻擊意圖的深度理解。現(xiàn)有研究在應(yīng)對(duì)快速變化的攻擊、處理海量異構(gòu)數(shù)據(jù)、實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)自適應(yīng)防御等方面仍存在明顯不足。總體而言，國(guó)內(nèi)ICS安全研究呈現(xiàn)追趕態(tài)勢(shì)，但在核心技術(shù)、理論深度和工程實(shí)踐方面與國(guó)際先進(jìn)水平尚有差距，尤其是在智能化、自適應(yīng)性方面研究相對(duì)薄弱。

**國(guó)外研究現(xiàn)狀**：國(guó)際上對(duì)ICS安全的研究起步較早，尤其是在歐美發(fā)達(dá)國(guó)家，形成了較為完善的研究體系和產(chǎn)業(yè)生態(tài)。早在2000年代，美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院（NIST）就發(fā)布了多篇關(guān)于ICS安全指南和框架的文檔，如SP800-82系列報(bào)告，為ICS安全評(píng)估和防護(hù)提供了重要參考。在研究機(jī)構(gòu)方面，美國(guó)卡內(nèi)基梅隆大學(xué)、威斯康星大學(xué)、德國(guó)弗勞恩霍夫協(xié)會(huì)、意大利卡利亞里大學(xué)等在ICS安全領(lǐng)域具有深厚積累。研究?jī)?nèi)容廣泛涉及工控協(xié)議解析與安全增強(qiáng)、ICS漏洞挖掘、網(wǎng)絡(luò)入侵檢測(cè)、安全隔離與防護(hù)、以及災(zāi)備恢復(fù)等方面。近年來(lái)，隨著技術(shù)的快速發(fā)展，國(guó)外研究者開(kāi)始探索將機(jī)器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)等技術(shù)應(yīng)用于ICS安全態(tài)勢(shì)感知。例如，有研究利用機(jī)器學(xué)習(xí)算法分析工控系統(tǒng)日志和流量數(shù)據(jù)，識(shí)別異常行為和潛在攻擊；也有研究嘗試構(gòu)建工控系統(tǒng)安全態(tài)勢(shì)模型，進(jìn)行實(shí)時(shí)威脅評(píng)估和可視化展示。在數(shù)據(jù)融合方面，國(guó)外研究開(kāi)始關(guān)注不同來(lái)源數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)分析，但融合的深度和廣度仍有提升空間。一些國(guó)際安全公司如Schneidereiter、NozomiNetworks、Dragos等也推出了專(zhuān)業(yè)的ICS安全解決方案，并在實(shí)際應(yīng)用中積累了經(jīng)驗(yàn)。然而，國(guó)外研究同樣面臨挑戰(zhàn)，如工控系統(tǒng)的高度異構(gòu)性導(dǎo)致通用解決方案難以有效部署，攻擊手法的不斷演變使得檢測(cè)模型需要持續(xù)更新，以及如何平衡安全防護(hù)與工業(yè)生產(chǎn)效率等問(wèn)題。

**現(xiàn)有研究存在的問(wèn)題與空白**：盡管?chē)?guó)內(nèi)外在ICS安全態(tài)勢(shì)感知領(lǐng)域已取得一定進(jìn)展，但現(xiàn)有研究仍存在諸多問(wèn)題和研究空白，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

1.**多源數(shù)據(jù)融合深度不足**：現(xiàn)有研究多基于單一類(lèi)型的數(shù)據(jù)（如日志或流量），或僅進(jìn)行淺層次的數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)，未能有效融合工控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)信息、運(yùn)行狀態(tài)、外部威脅情報(bào)等多源異構(gòu)數(shù)據(jù)，導(dǎo)致態(tài)勢(shì)感知的全面性和準(zhǔn)確性受限。缺乏有效的數(shù)據(jù)清洗、對(duì)齊和融合算法，難以處理工控?cái)?shù)據(jù)的高噪聲、不完整和時(shí)序性強(qiáng)等特點(diǎn)。

2.**工控系統(tǒng)行為建模不精確**：工控系統(tǒng)的運(yùn)行機(jī)制復(fù)雜，其正常行為模式受生產(chǎn)工藝、設(shè)備狀態(tài)、操作規(guī)程等多種因素影響，具有高度動(dòng)態(tài)性和場(chǎng)景依賴(lài)性?，F(xiàn)有研究對(duì)工控系統(tǒng)行為的建模往往過(guò)于簡(jiǎn)化，難以精確刻畫(huà)正常行為的復(fù)雜模式和邊界，導(dǎo)致異常檢測(cè)的誤報(bào)率和漏報(bào)率較高。特別是在面對(duì)未知攻擊或系統(tǒng)異常工況時(shí)，現(xiàn)有模型的魯棒性和泛化能力不足。

3.**實(shí)時(shí)態(tài)勢(shì)分析與預(yù)測(cè)能力薄弱**：ICS安全態(tài)勢(shì)感知不僅要能夠?qū)崟r(shí)檢測(cè)當(dāng)前的安全狀態(tài)，更要能夠預(yù)測(cè)未來(lái)可能的威脅發(fā)展趨勢(shì)，為主動(dòng)防御提供決策支持。然而，現(xiàn)有研究多集中于靜態(tài)或近實(shí)時(shí)的狀態(tài)分析，缺乏對(duì)攻擊演化路徑和擴(kuò)散趨勢(shì)的有效預(yù)測(cè)機(jī)制。這主要是因?yàn)楣た丨h(huán)境的復(fù)雜性和數(shù)據(jù)的不確定性，使得建立準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)模型面臨巨大挑戰(zhàn)。

4.**動(dòng)態(tài)自適應(yīng)防御策略生成缺乏**：安全態(tài)勢(shì)感知的最終目的是指導(dǎo)動(dòng)態(tài)、自適應(yīng)的安全防御。現(xiàn)有研究在態(tài)勢(shì)感知結(jié)果與防御策略生成之間缺乏有效的映射機(jī)制，導(dǎo)致防御措施往往滯后于威脅發(fā)展。如何根據(jù)實(shí)時(shí)態(tài)勢(shì)評(píng)估結(jié)果，自動(dòng)優(yōu)化安全資源的配置、動(dòng)態(tài)調(diào)整防御策略，形成“感知-決策-執(zhí)行”的閉環(huán)防御體系，是當(dāng)前研究的重要空白。

5.**跨領(lǐng)域、跨行業(yè)數(shù)據(jù)共享與協(xié)同研究不足**：ICS安全威脅具有跨領(lǐng)域、跨行業(yè)的傳播特性，但現(xiàn)有研究多局限于特定行業(yè)或單一機(jī)構(gòu)的內(nèi)部，缺乏跨領(lǐng)域、跨行業(yè)的數(shù)據(jù)共享機(jī)制和協(xié)同研究平臺(tái)，難以有效應(yīng)對(duì)復(fù)雜、協(xié)同的攻擊。這導(dǎo)致安全研究難以形成合力，重復(fù)投入嚴(yán)重，研究成果的普適性和實(shí)用性受限。

6.**技術(shù)在ICS安全應(yīng)用面臨挑戰(zhàn)**：雖然技術(shù)在ICS安全領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大潛力，但其應(yīng)用仍面臨諸多挑戰(zhàn)，如工控環(huán)境對(duì)實(shí)時(shí)性、可靠性的嚴(yán)苛要求，使得模型的計(jì)算效率需要進(jìn)一步提升；模型的可解釋性不足，難以滿足工控系統(tǒng)安全審計(jì)的要求；以及如何將技術(shù)與工控系統(tǒng)的專(zhuān)業(yè)知識(shí)和運(yùn)維經(jīng)驗(yàn)有效結(jié)合等。上述問(wèn)題與空白表明，基于多源數(shù)據(jù)融合與強(qiáng)化學(xué)習(xí)的ICS安全態(tài)勢(shì)感知技術(shù)研究具有重要的理論意義和現(xiàn)實(shí)需求，亟需開(kāi)展深入研究和創(chuàng)新突破。

五.研究目標(biāo)與內(nèi)容

本項(xiàng)目旨在攻克工業(yè)控制系統(tǒng)（ICS）安全態(tài)勢(shì)感知領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)難題，研發(fā)一套基于多源數(shù)據(jù)融合與強(qiáng)化學(xué)習(xí)的智能化態(tài)勢(shì)感知體系，實(shí)現(xiàn)對(duì)ICS安全威脅的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、精準(zhǔn)識(shí)別、動(dòng)態(tài)評(píng)估和自適應(yīng)防御。通過(guò)本項(xiàng)目的研究，期望顯著提升ICS安全防護(hù)的智能化水平、響應(yīng)速度和防御效果，為關(guān)鍵信息基礎(chǔ)設(shè)施的安全保障提供有力的技術(shù)支撐。

**1.研究目標(biāo)**

本項(xiàng)目總體研究目標(biāo)如下：

（1）構(gòu)建一套面向ICS的多源異構(gòu)數(shù)據(jù)融合框架，實(shí)現(xiàn)工控系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集、清洗、關(guān)聯(lián)與融合，為安全態(tài)勢(shì)感知提供全面、準(zhǔn)確、及時(shí)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

（2）研發(fā)基于圖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與長(zhǎng)短期記憶網(wǎng)絡(luò)的工控系統(tǒng)行為建模方法，精確刻畫(huà)ICS的正常行為模式，并有效識(shí)別異常行為，提升安全事件檢測(cè)的準(zhǔn)確性和實(shí)時(shí)性。

（3）提出一種融合多智能體強(qiáng)化學(xué)習(xí)的動(dòng)態(tài)自適應(yīng)防御策略生成機(jī)制，實(shí)現(xiàn)安全資源的優(yōu)化配置和防御策略的實(shí)時(shí)調(diào)整，提升ICS安全防御的智能化和自適應(yīng)性。

（4）開(kāi)發(fā)一套ICS安全態(tài)勢(shì)感知平臺(tái)原型系統(tǒng)，驗(yàn)證所提出的關(guān)鍵技術(shù)方法的實(shí)際效果，并在典型工控場(chǎng)景中進(jìn)行應(yīng)用測(cè)試，評(píng)估體系的性能和實(shí)用性。

（5）形成一套基于多源數(shù)據(jù)融合與強(qiáng)化學(xué)習(xí)的ICS安全態(tài)勢(shì)感知技術(shù)規(guī)范和指導(dǎo)意見(jiàn)，為ICS安全防護(hù)的智能化升級(jí)提供理論依據(jù)和實(shí)踐指導(dǎo)。

**2.研究?jī)?nèi)容**

為實(shí)現(xiàn)上述研究目標(biāo)，本項(xiàng)目將重點(diǎn)開(kāi)展以下研究?jī)?nèi)容：

（2.1）ICS多源異構(gòu)數(shù)據(jù)融合框架研究

針對(duì)ICS環(huán)境中數(shù)據(jù)來(lái)源多樣、格式異構(gòu)、質(zhì)量參差不齊的問(wèn)題，本研究將設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)一套多源異構(gòu)數(shù)據(jù)融合框架。具體研究問(wèn)題包括：

***研究問(wèn)題1.1**：如何高效、實(shí)時(shí)地采集來(lái)自工控系統(tǒng)日志、網(wǎng)絡(luò)流量、設(shè)備狀態(tài)、傳感器數(shù)據(jù)、外部威脅情報(bào)等多源異構(gòu)數(shù)據(jù)？

***研究問(wèn)題1.2**：如何對(duì)采集到的ICS數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的清洗、預(yù)處理和標(biāo)準(zhǔn)化，以消除噪聲、處理缺失值和解決數(shù)據(jù)格式不統(tǒng)一問(wèn)題？

***研究問(wèn)題1.3**：如何設(shè)計(jì)有效的數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)算法，將來(lái)自不同源的數(shù)據(jù)在時(shí)間、空間和語(yǔ)義層面進(jìn)行關(guān)聯(lián)，構(gòu)建統(tǒng)一的ICS運(yùn)行視圖？

***研究問(wèn)題1.4**：如何構(gòu)建知識(shí)圖譜等形式化的表示，融合ICS的結(jié)構(gòu)信息、行為信息和威脅信息，為后續(xù)的分析和決策提供支持？

本研究假設(shè)通過(guò)采用分布式數(shù)據(jù)采集技術(shù)、數(shù)據(jù)預(yù)處理流水線、以及基于圖嵌入的多關(guān)系數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)算法，能夠有效解決ICS數(shù)據(jù)融合中的關(guān)鍵問(wèn)題，為安全態(tài)勢(shì)感知提供高質(zhì)量的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

（2.2）基于圖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與長(zhǎng)短期記憶網(wǎng)絡(luò)的ICS行為建模方法研究

為精確刻畫(huà)ICS的正常行為模式并有效識(shí)別異常，本研究將探索基于圖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（GNN）和長(zhǎng)短期記憶網(wǎng)絡(luò)（LSTM）的混合模型。具體研究問(wèn)題包括：

***研究問(wèn)題2.1**：如何利用GNN建模工控系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、設(shè)備間依賴(lài)關(guān)系以及消息傳遞路徑，捕捉ICS的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)特征？

***研究問(wèn)題2.2**：如何利用LSTM建模工控系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)的時(shí)序依賴(lài)關(guān)系，捕捉正常行為的動(dòng)態(tài)演化模式？

***研究問(wèn)題2.3**：如何將GNN和LSTM進(jìn)行有效融合，構(gòu)建能夠同時(shí)表達(dá)ICS結(jié)構(gòu)信息和行為時(shí)序信息的混合模型？

***研究問(wèn)題2.4**：如何設(shè)計(jì)有效的異常檢測(cè)算法，基于混合模型識(shí)別偏離正常行為模式的異常事件或攻擊行為？

本研究假設(shè)通過(guò)構(gòu)建GNN-LSTM混合模型，能夠更全面、準(zhǔn)確地刻畫(huà)ICS的正常行為，并有效區(qū)分正常操作與異常攻擊，提高安全事件檢測(cè)的準(zhǔn)確率和魯棒性。

（2.3）融合多智能體強(qiáng)化學(xué)習(xí)的動(dòng)態(tài)自適應(yīng)防御策略生成機(jī)制研究

為實(shí)現(xiàn)ICS安全防御的智能化和自適應(yīng)性，本研究將引入多智能體強(qiáng)化學(xué)習(xí)（MARL）技術(shù)，研究動(dòng)態(tài)自適應(yīng)防御策略生成機(jī)制。具體研究問(wèn)題包括：

***研究問(wèn)題3.1**：如何將ICS安全防御問(wèn)題建模為多智能體強(qiáng)化學(xué)習(xí)問(wèn)題，定義智能體（如防火墻、入侵檢測(cè)系統(tǒng)、沙箱等）的狀態(tài)空間、動(dòng)作空間和獎(jiǎng)勵(lì)函數(shù)？

***研究問(wèn)題3.2**：如何設(shè)計(jì)有效的MARL算法，使多個(gè)安全智能體能夠協(xié)同協(xié)作，根據(jù)實(shí)時(shí)態(tài)勢(shì)信息動(dòng)態(tài)優(yōu)化防御策略？

***研究問(wèn)題3.3**：如何解決MARL在ICS環(huán)境中的應(yīng)用挑戰(zhàn)，如狀態(tài)觀測(cè)的不完整性、動(dòng)作執(zhí)行的延遲性以及環(huán)境的不確定性？

***研究問(wèn)題3.4**：如何評(píng)估MARL生成的動(dòng)態(tài)防御策略的有效性和效率，確保其在提升安全性的同時(shí)不影響正常業(yè)務(wù)運(yùn)行？

本研究假設(shè)通過(guò)MARL技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)ICS安全資源的優(yōu)化配置和防御策略的動(dòng)態(tài)調(diào)整，提升防御體系的智能化水平和應(yīng)對(duì)復(fù)雜威脅的能力。

（2.4）ICS安全態(tài)勢(shì)感知平臺(tái)原型系統(tǒng)開(kāi)發(fā)與測(cè)試

為驗(yàn)證所提出的關(guān)鍵技術(shù)方法的實(shí)際效果，本研究將開(kāi)發(fā)一套ICS安全態(tài)勢(shì)感知平臺(tái)原型系統(tǒng)。具體研究?jī)?nèi)容包括：

***平臺(tái)功能設(shè)計(jì)**：集成數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)融合模塊、行為建模與分析模塊、動(dòng)態(tài)防御決策模塊以及態(tài)勢(shì)可視化模塊。

***關(guān)鍵技術(shù)集成**：將多源數(shù)據(jù)融合框架、GNN-LSTM行為模型、MARL防御策略生成機(jī)制集成到平臺(tái)中，實(shí)現(xiàn)端到端的態(tài)勢(shì)感知與防御功能。

***典型場(chǎng)景測(cè)試**：在模擬的典型工控場(chǎng)景（如電力監(jiān)控系統(tǒng)、化工生產(chǎn)控制系統(tǒng)等）中進(jìn)行應(yīng)用測(cè)試，評(píng)估平臺(tái)的性能指標(biāo)，如檢測(cè)準(zhǔn)確率、響應(yīng)時(shí)間、防御效率等。

***系統(tǒng)優(yōu)化與評(píng)估**：根據(jù)測(cè)試結(jié)果對(duì)平臺(tái)進(jìn)行優(yōu)化，并對(duì)其實(shí)用性、可靠性和可擴(kuò)展性進(jìn)行綜合評(píng)估。

（2.5）基于多源數(shù)據(jù)融合與強(qiáng)化學(xué)習(xí)的ICS安全態(tài)勢(shì)感知技術(shù)規(guī)范與指導(dǎo)意見(jiàn)研究

在項(xiàng)目研究過(guò)程中及完成后，將總結(jié)研究成果，形成一套基于多源數(shù)據(jù)融合與強(qiáng)化學(xué)習(xí)的ICS安全態(tài)勢(shì)感知技術(shù)規(guī)范和指導(dǎo)意見(jiàn)。具體研究?jī)?nèi)容包括：

***技術(shù)規(guī)范制定**：明確ICS安全態(tài)勢(shì)感知系統(tǒng)的功能要求、技術(shù)要求、數(shù)據(jù)接口規(guī)范等。

***指導(dǎo)意見(jiàn)形成**：為ICS安全防護(hù)的智能化升級(jí)提供實(shí)踐指導(dǎo)，包括數(shù)據(jù)采集與管理、模型部署與優(yōu)化、防御策略實(shí)施等方面的建議。

***標(biāo)準(zhǔn)化研究**：探索相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的制定路徑，推動(dòng)ICS安全態(tài)勢(shì)感知技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化發(fā)展。

通過(guò)以上研究?jī)?nèi)容的深入探索和系統(tǒng)研究，本項(xiàng)目期望能夠突破ICS安全態(tài)勢(shì)感知領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)瓶頸，為保障工業(yè)控制系統(tǒng)安全提供創(chuàng)新性的解決方案。

六.研究方法與技術(shù)路線

本項(xiàng)目將采用理論分析、模型構(gòu)建、算法設(shè)計(jì)、系統(tǒng)開(kāi)發(fā)與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證相結(jié)合的研究方法，結(jié)合多源數(shù)據(jù)融合與強(qiáng)化學(xué)習(xí)的核心技術(shù)，系統(tǒng)性地解決ICS安全態(tài)勢(shì)感知中的關(guān)鍵問(wèn)題。研究方法與技術(shù)路線具體闡述如下：

**1.研究方法**

（1）**文獻(xiàn)研究法**：系統(tǒng)梳理國(guó)內(nèi)外關(guān)于ICS安全、態(tài)勢(shì)感知、數(shù)據(jù)融合、機(jī)器學(xué)習(xí)及強(qiáng)化學(xué)習(xí)等領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀、關(guān)鍵技術(shù)和發(fā)展趨勢(shì)，為項(xiàng)目研究提供理論基礎(chǔ)和方向指引。重點(diǎn)關(guān)注工控協(xié)議分析、ICS攻擊特征、多源數(shù)據(jù)融合方法、圖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、長(zhǎng)短期記憶網(wǎng)絡(luò)、多智能體強(qiáng)化學(xué)習(xí)等核心技術(shù)的研究進(jìn)展和挑戰(zhàn)。

（2）**理論分析與建模法**：對(duì)ICS系統(tǒng)的運(yùn)行機(jī)理、安全威脅特征以及態(tài)勢(shì)感知的基本原理進(jìn)行深入的理論分析，建立數(shù)學(xué)模型。例如，利用圖論對(duì)ICS的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜驮O(shè)備依賴(lài)關(guān)系進(jìn)行建模，利用概率圖模型對(duì)數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)和不確定性進(jìn)行建模，利用動(dòng)態(tài)系統(tǒng)理論對(duì)ICS的行為演化進(jìn)行建模。針對(duì)多源數(shù)據(jù)融合、行為建模和防御決策等核心問(wèn)題，設(shè)計(jì)新的理論框架和算法模型。

（3）**算法設(shè)計(jì)與優(yōu)化法**：針對(duì)數(shù)據(jù)融合、行為檢測(cè)和防御決策等關(guān)鍵環(huán)節(jié)，設(shè)計(jì)并優(yōu)化具體的算法。例如，設(shè)計(jì)基于圖嵌入和圖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)算法，設(shè)計(jì)融合LSTM和GNN的混合行為檢測(cè)模型，設(shè)計(jì)基于多智能體強(qiáng)化學(xué)習(xí)的動(dòng)態(tài)防御策略生成算法。采用理論分析、仿真實(shí)驗(yàn)和對(duì)比分析等方法對(duì)算法的性能進(jìn)行評(píng)估和優(yōu)化。

（4）**實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證法**：構(gòu)建模擬的ICS測(cè)試環(huán)境，收集真實(shí)的ICS運(yùn)行數(shù)據(jù)或生成高質(zhì)量的模擬數(shù)據(jù)，對(duì)所提出的關(guān)鍵技術(shù)方法和平臺(tái)原型系統(tǒng)進(jìn)行全面的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)將包括離線實(shí)驗(yàn)和在線實(shí)驗(yàn)，以評(píng)估方法的有效性和系統(tǒng)的性能。離線實(shí)驗(yàn)主要用于算法的初步驗(yàn)證和參數(shù)調(diào)優(yōu)，在線實(shí)驗(yàn)主要用于評(píng)估系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行環(huán)境中的表現(xiàn)。

（5）**數(shù)據(jù)收集與分析方法**：

***數(shù)據(jù)來(lái)源**：項(xiàng)目將采用多種數(shù)據(jù)來(lái)源，包括但不限于：公開(kāi)的ICS安全數(shù)據(jù)集（如CIC-ICS、IDS2018等）、與合作伙伴共享的真實(shí)ICS運(yùn)行數(shù)據(jù)（在脫敏和確保安全的前提下）、以及通過(guò)模擬器（如CPSim、OPCUASim等）生成的模擬ICS數(shù)據(jù)。

***數(shù)據(jù)預(yù)處理**：對(duì)收集到的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行清洗（去重、去噪、填充缺失值）、標(biāo)準(zhǔn)化（統(tǒng)一格式和單位）、歸一化（縮放數(shù)據(jù)范圍）等操作，消除數(shù)據(jù)中的噪聲和冗余，為后續(xù)分析提供高質(zhì)量的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

***數(shù)據(jù)分析**：采用統(tǒng)計(jì)分析、時(shí)序分析、頻譜分析、圖分析等多種分析方法，對(duì)ICS數(shù)據(jù)進(jìn)行深入挖掘。利用機(jī)器學(xué)習(xí)算法（如聚類(lèi)、分類(lèi)、異常檢測(cè)）識(shí)別ICS的normalbehavior模式和異常事件。利用深度學(xué)習(xí)模型（如GNN、LSTM）對(duì)ICS的結(jié)構(gòu)和行為進(jìn)行復(fù)雜建模。利用強(qiáng)化學(xué)習(xí)算法優(yōu)化防御策略。

（6）**系統(tǒng)開(kāi)發(fā)與集成法**：基于所設(shè)計(jì)的框架和算法，開(kāi)發(fā)ICS安全態(tài)勢(shì)感知平臺(tái)原型系統(tǒng)。采用模塊化設(shè)計(jì)思想，將數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)融合、行為建模、態(tài)勢(shì)分析、防御決策、可視化展示等功能模塊化，便于開(kāi)發(fā)、測(cè)試和維護(hù)。利用Python、TensorFlow/PyTorch等工具和框架進(jìn)行系統(tǒng)開(kāi)發(fā)，并將各個(gè)模塊集成到一個(gè)統(tǒng)一的平臺(tái)上。

**2.技術(shù)路線**

本項(xiàng)目的研究將按照以下技術(shù)路線展開(kāi)，分為若干階段，各階段環(huán)環(huán)相扣，逐步深入：

（1）**第一階段：項(xiàng)目準(zhǔn)備與現(xiàn)狀調(diào)研階段（預(yù)計(jì)X個(gè)月）**

***關(guān)鍵步驟1**：深入調(diào)研ICS安全態(tài)勢(shì)感知領(lǐng)域的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀，明確現(xiàn)有技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)和面臨的挑戰(zhàn)，凝練本項(xiàng)目的研究目標(biāo)和關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題。

***關(guān)鍵步驟2**：分析ICS系統(tǒng)的典型架構(gòu)、運(yùn)行機(jī)制和安全威脅特征，為后續(xù)模型設(shè)計(jì)和算法開(kāi)發(fā)提供背景知識(shí)。

***關(guān)鍵步驟3**：收集和整理相關(guān)的研究資料、公開(kāi)數(shù)據(jù)集和文獻(xiàn)，構(gòu)建項(xiàng)目研究所需的知識(shí)體系。

***關(guān)鍵步驟4**：初步設(shè)計(jì)項(xiàng)目的研究方案、技術(shù)路線和實(shí)驗(yàn)計(jì)劃，明確各階段的研究任務(wù)和時(shí)間節(jié)點(diǎn)。

（2）**第二階段：多源數(shù)據(jù)融合框架研究與實(shí)現(xiàn)階段（預(yù)計(jì)Y個(gè)月）**

***關(guān)鍵步驟1**：研究并設(shè)計(jì)ICS多源異構(gòu)數(shù)據(jù)融合框架的架構(gòu)，包括數(shù)據(jù)采集接口、數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊、數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)引擎和知識(shí)圖譜構(gòu)建模塊。

***關(guān)鍵步驟2**：研究并實(shí)現(xiàn)高效的數(shù)據(jù)采集技術(shù)，支持從不同類(lèi)型的數(shù)據(jù)源（日志、流量、設(shè)備狀態(tài)等）實(shí)時(shí)或準(zhǔn)實(shí)時(shí)地獲取數(shù)據(jù)。

***關(guān)鍵步驟3**：研究并實(shí)現(xiàn)先進(jìn)的數(shù)據(jù)清洗、預(yù)處理和標(biāo)準(zhǔn)化算法，解決ICS數(shù)據(jù)的噪聲、缺失和不一致性問(wèn)題。

***關(guān)鍵步驟4**：研究并實(shí)現(xiàn)基于圖嵌入或多關(guān)系學(xué)習(xí)的多源數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)算法，構(gòu)建統(tǒng)一的ICS運(yùn)行視圖和知識(shí)圖譜。

***關(guān)鍵步驟5**：在模擬或真實(shí)環(huán)境中對(duì)數(shù)據(jù)融合框架的功能和性能進(jìn)行初步測(cè)試和評(píng)估。

（3）**第三階段：ICS行為建模方法研究與實(shí)現(xiàn)階段（預(yù)計(jì)Z個(gè)月）**

***關(guān)鍵步驟1**：研究并設(shè)計(jì)基于GNN的ICS拓?fù)渑c行為依賴(lài)關(guān)系建模方法，捕捉ICS的結(jié)構(gòu)特征和行為傳播路徑。

***關(guān)鍵步驟2**：研究并設(shè)計(jì)基于LSTM的ICS運(yùn)行時(shí)序行為建模方法，捕捉正常行為的動(dòng)態(tài)演化規(guī)律。

***關(guān)鍵步驟3**：研究并設(shè)計(jì)GNN與LSTM的混合模型架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)ICS結(jié)構(gòu)信息和行為時(shí)序信息的有效融合。

***關(guān)鍵步驟4**：研究并實(shí)現(xiàn)基于混合模型的異常行為檢測(cè)算法，識(shí)別偏離正常行為模式的異常事件或攻擊行為。

***關(guān)鍵步驟5**：利用ICS數(shù)據(jù)集或模擬數(shù)據(jù)進(jìn)行離線實(shí)驗(yàn)，評(píng)估行為建模方法的準(zhǔn)確率、召回率和實(shí)時(shí)性。

（4）**第四階段：動(dòng)態(tài)自適應(yīng)防御策略生成機(jī)制研究與實(shí)現(xiàn)階段（預(yù)計(jì)A個(gè)月）**

***關(guān)鍵步驟1**：將ICS安全防御問(wèn)題建模為多智能體強(qiáng)化學(xué)習(xí)問(wèn)題，定義智能體、狀態(tài)空間、動(dòng)作空間和獎(jiǎng)勵(lì)函數(shù)。

***關(guān)鍵步驟2**：研究并設(shè)計(jì)適用于ICS環(huán)境的MARL算法，解決狀態(tài)觀測(cè)不完整、動(dòng)作執(zhí)行延遲等挑戰(zhàn)。

***關(guān)鍵步驟3**：研究并實(shí)現(xiàn)基于MARL的動(dòng)態(tài)防御策略生成算法，使多個(gè)安全智能體能夠協(xié)同協(xié)作，優(yōu)化防御資源配置。

***關(guān)鍵步驟4**：設(shè)計(jì)評(píng)估防御策略有效性和效率的指標(biāo)體系，包括安全性指標(biāo)（如檢測(cè)率、響應(yīng)時(shí)間）和業(yè)務(wù)影響指標(biāo)（如系統(tǒng)可用性、延遲）。

***關(guān)鍵步驟5**：在模擬環(huán)境中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，評(píng)估MARL防御策略生成機(jī)制的性能和效果。

（5）**第五階段：ICS安全態(tài)勢(shì)感知平臺(tái)原型系統(tǒng)開(kāi)發(fā)與測(cè)試階段（預(yù)計(jì)B個(gè)月）**

***關(guān)鍵步驟1**：基于前述研究成果，設(shè)計(jì)ICS安全態(tài)勢(shì)感知平臺(tái)的整體架構(gòu)和功能模塊。

***關(guān)鍵步驟2**：采用軟件工程方法，進(jìn)行平臺(tái)的原型開(kāi)發(fā)，集成數(shù)據(jù)融合、行為建模、動(dòng)態(tài)防御決策和態(tài)勢(shì)可視化等功能模塊。

***關(guān)鍵步驟3**：在模擬的典型工控場(chǎng)景中部署平臺(tái)原型，進(jìn)行全面的功能測(cè)試和性能測(cè)試。

***關(guān)鍵步驟4**：根據(jù)測(cè)試結(jié)果對(duì)平臺(tái)進(jìn)行優(yōu)化和調(diào)整，提升系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性和易用性。

***關(guān)鍵步驟5**：對(duì)平臺(tái)的原型系統(tǒng)進(jìn)行綜合評(píng)估，分析其優(yōu)勢(shì)和不足。

（6）**第六階段：成果總結(jié)與推廣階段（預(yù)計(jì)C個(gè)月）**

***關(guān)鍵步驟1**：總結(jié)項(xiàng)目的研究成果，包括理論創(chuàng)新、技術(shù)創(chuàng)新、方法創(chuàng)新和系統(tǒng)成果。

***關(guān)鍵步驟2**：撰寫(xiě)項(xiàng)目研究報(bào)告、學(xué)術(shù)論文和技術(shù)專(zhuān)利，發(fā)表高水平研究成果。

***關(guān)鍵步驟3**：形成基于多源數(shù)據(jù)融合與強(qiáng)化學(xué)習(xí)的ICS安全態(tài)勢(shì)感知技術(shù)規(guī)范和指導(dǎo)意見(jiàn)。

***關(guān)鍵步驟4**：探索項(xiàng)目成果的推廣應(yīng)用途徑，為ICS安全防護(hù)實(shí)踐提供技術(shù)支持。

通過(guò)以上技術(shù)路線的穩(wěn)步推進(jìn)，本項(xiàng)目將系統(tǒng)地研發(fā)基于多源數(shù)據(jù)融合與強(qiáng)化學(xué)習(xí)的ICS安全態(tài)勢(shì)感知關(guān)鍵技術(shù)，并形成可用的平臺(tái)原型和指導(dǎo)性意見(jiàn)，為提升我國(guó)ICS安全防護(hù)水平做出貢獻(xiàn)。

七．創(chuàng)新點(diǎn)

本項(xiàng)目針對(duì)當(dāng)前工業(yè)控制系統(tǒng)（ICS）安全態(tài)勢(shì)感知面臨的挑戰(zhàn)，提出了一系列基于多源數(shù)據(jù)融合與強(qiáng)化學(xué)習(xí)的創(chuàng)新性研究思路和技術(shù)方案，在理論、方法和應(yīng)用層面均具有顯著的創(chuàng)新性。

**（一）理論創(chuàng)新**

（1）**ICS復(fù)雜系統(tǒng)態(tài)勢(shì)感知理論的深化**：本項(xiàng)目超越了傳統(tǒng)基于單一數(shù)據(jù)源或淺層數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)的態(tài)勢(shì)感知范式，首次系統(tǒng)地提出將ICS的結(jié)構(gòu)信息、行為信息、狀態(tài)信息、威脅信息等多源異構(gòu)數(shù)據(jù)進(jìn)行深度融合的理論框架。通過(guò)構(gòu)建融合知識(shí)圖譜的形式化表示，本項(xiàng)目將ICS視為一個(gè)復(fù)雜的動(dòng)態(tài)社會(huì)系統(tǒng)，為理解ICS的整體安全態(tài)勢(shì)提供了全新的理論視角，深化了對(duì)ICS復(fù)雜系統(tǒng)安全演化規(guī)律的認(rèn)識(shí)。

（2）**ICS正常行為模式的精準(zhǔn)刻畫(huà)理論**：針對(duì)ICS正常行為的復(fù)雜性和場(chǎng)景依賴(lài)性，本項(xiàng)目創(chuàng)新性地提出利用圖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（GNN）捕捉ICS的結(jié)構(gòu)依賴(lài)關(guān)系，結(jié)合長(zhǎng)短期記憶網(wǎng)絡(luò)（LSTM）建模時(shí)序動(dòng)態(tài)特征的混合建模理論。該理論不僅考慮了設(shè)備間的物理連接和數(shù)據(jù)流向，還深入挖掘了操作序列和狀態(tài)轉(zhuǎn)換的時(shí)序邏輯，旨在更全面、精確地刻畫(huà)ICS在不同工況下的正常行為基線，為異常檢測(cè)和攻擊識(shí)別奠定了更堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)，克服了傳統(tǒng)方法對(duì)正常行為建模過(guò)于簡(jiǎn)化的局限性。

（3）**動(dòng)態(tài)自適應(yīng)防御策略生成理論**：本項(xiàng)目將多智能體強(qiáng)化學(xué)習(xí)（MARL）引入ICS安全防御領(lǐng)域，構(gòu)建了面向多安全智能體協(xié)同防御的動(dòng)態(tài)策略生成理論框架。該理論突破了傳統(tǒng)防御策略靜態(tài)配置或基于歷史經(jīng)驗(yàn)的局限，強(qiáng)調(diào)了在動(dòng)態(tài)變化的威脅環(huán)境和有限的系統(tǒng)資源約束下，通過(guò)智能體間的協(xié)同學(xué)習(xí)與決策，實(shí)現(xiàn)防御資源的優(yōu)化配置和防御策略的實(shí)時(shí)自適應(yīng)調(diào)整。這為ICS從被動(dòng)防御向主動(dòng)、智能、自適應(yīng)防御轉(zhuǎn)型提供了新的理論支撐。

**（二）方法創(chuàng)新**

（1）**多源異構(gòu)數(shù)據(jù)融合新方法**：本項(xiàng)目提出了一種基于圖嵌入和圖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的多關(guān)系數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)新方法，以應(yīng)對(duì)ICS數(shù)據(jù)的高度異構(gòu)性和語(yǔ)義多樣性。該方法通過(guò)將不同類(lèi)型的數(shù)據(jù)（如設(shè)備狀態(tài)、通信日志、操作序列）映射到共享的嵌入空間，并通過(guò)圖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)點(diǎn)之間的復(fù)雜關(guān)系，實(shí)現(xiàn)超越簡(jiǎn)單統(tǒng)計(jì)關(guān)聯(lián)的深層語(yǔ)義融合。此外，結(jié)合時(shí)空約束模型，進(jìn)一步增強(qiáng)了融合結(jié)果的準(zhǔn)確性和時(shí)序一致性，顯著提高了從多源數(shù)據(jù)中構(gòu)建統(tǒng)一、精確的ICS運(yùn)行視圖的能力。

（2）**GNN-LSTM混合行為建模新方法**：針對(duì)ICS行為建模難題，本項(xiàng)目創(chuàng)新性地設(shè)計(jì)了GNN與LSTM的混合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。GNN用于學(xué)習(xí)ICS拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)對(duì)行為傳播的影響，捕捉設(shè)備間的協(xié)同行為模式；LSTM用于建模ICS運(yùn)行狀態(tài)的時(shí)序演變和長(zhǎng)期依賴(lài)關(guān)系。通過(guò)注意力機(jī)制或門(mén)控機(jī)制實(shí)現(xiàn)GNN與LSTM的深度融合，使得模型能夠同時(shí)利用ICS的結(jié)構(gòu)信息和時(shí)序信息進(jìn)行行為預(yù)測(cè)和異常檢測(cè)，相比單獨(dú)使用GNN或LSTM具有更高的準(zhǔn)確性和更強(qiáng)的泛化能力。

（3）**基于MARL的動(dòng)態(tài)防御策略生成新方法**：本項(xiàng)目提出了一種面向資源受限的ICS環(huán)境的分布式MARL算法，用于動(dòng)態(tài)自適應(yīng)防御策略生成。該算法設(shè)計(jì)了新穎的狀態(tài)表示、動(dòng)作空間定義和獎(jiǎng)勵(lì)函數(shù)，以平衡個(gè)體智能體與整體系統(tǒng)目標(biāo)、短期收益與長(zhǎng)期安全。通過(guò)引入信用分配機(jī)制和聯(lián)合訓(xùn)練策略，解決了MARL在復(fù)雜協(xié)作環(huán)境下的訓(xùn)練難題，使得安全智能體能夠有效地進(jìn)行協(xié)同防御，并根據(jù)實(shí)時(shí)威脅態(tài)勢(shì)動(dòng)態(tài)調(diào)整防御策略（如防火墻規(guī)則配置、入侵檢測(cè)系統(tǒng)參數(shù)調(diào)整、資源隔離等），顯著提升了防御的智能化和自適應(yīng)性。

**（三）應(yīng)用創(chuàng)新**

（1）**集成化的ICS安全態(tài)勢(shì)感知平臺(tái)**：本項(xiàng)目將研究成果固化在一個(gè)集成化的ICS安全態(tài)勢(shì)感知平臺(tái)原型系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)了從數(shù)據(jù)采集、融合、分析、預(yù)警到動(dòng)態(tài)防御決策的端到端功能閉環(huán)。該平臺(tái)不僅驗(yàn)證了所提理論的可行性和方法的有效性，也為ICS安全運(yùn)維人員提供了一套實(shí)用、易用的智能化安全分析與管理工具，推動(dòng)了ICS安全防護(hù)的智能化和自動(dòng)化水平，具有顯著的應(yīng)用價(jià)值。

（2）**面向關(guān)鍵行業(yè)的解決方案探索**：本項(xiàng)目在研究過(guò)程中將結(jié)合典型工控場(chǎng)景（如電力、化工等），對(duì)所提出的技術(shù)方法和平臺(tái)進(jìn)行針對(duì)性的優(yōu)化和測(cè)試，探索形成適應(yīng)不同行業(yè)特點(diǎn)的ICS安全態(tài)勢(shì)感知解決方案。這將有助于推動(dòng)研究成果的產(chǎn)業(yè)化和推廣應(yīng)用，為保障我國(guó)關(guān)鍵信息基礎(chǔ)設(shè)施的安全穩(wěn)定運(yùn)行提供有力的技術(shù)支撐。

（3）**推動(dòng)ICS安全態(tài)勢(shì)感知技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化**：本項(xiàng)目研究成果將總結(jié)提煉，形成一套基于多源數(shù)據(jù)融合與強(qiáng)化學(xué)習(xí)的ICS安全態(tài)勢(shì)感知技術(shù)規(guī)范和指導(dǎo)意見(jiàn)，為相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的制定提供參考。這有助于推動(dòng)ICS安全態(tài)勢(shì)感知領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程，促進(jìn)技術(shù)的健康發(fā)展和互聯(lián)互通，提升我國(guó)在ICS安全領(lǐng)域的國(guó)際影響力。

綜上所述，本項(xiàng)目在ICS安全態(tài)勢(shì)感知的理論、方法和應(yīng)用層面均體現(xiàn)了顯著的創(chuàng)新性，有望為應(yīng)對(duì)日益嚴(yán)峻的ICS安全挑戰(zhàn)提供一套有效的解決方案，具有重要的學(xué)術(shù)價(jià)值和廣闊的應(yīng)用前景。

八．預(yù)期成果

本項(xiàng)目旨在攻克工業(yè)控制系統(tǒng)（ICS）安全態(tài)勢(shì)感知的關(guān)鍵技術(shù)難題，預(yù)期在理論研究、技術(shù)創(chuàng)新、平臺(tái)開(kāi)發(fā)和應(yīng)用推廣等方面取得一系列重要成果。

**（一）理論成果**

（1）**多源數(shù)據(jù)融合理論體系**：預(yù)期建立一套完整的ICS多源異構(gòu)數(shù)據(jù)融合理論體系，包括數(shù)據(jù)融合的目標(biāo)、原則、流程模型以及關(guān)鍵算法的理論基礎(chǔ)。明確不同類(lèi)型數(shù)據(jù)（結(jié)構(gòu)、時(shí)序、文本、圖像等）在融合過(guò)程中的作用和相互關(guān)系，提出衡量融合效果的科學(xué)指標(biāo)。該理論體系將為ICS安全態(tài)勢(shì)感知的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)構(gòu)建提供系統(tǒng)性的指導(dǎo)，推動(dòng)數(shù)據(jù)融合從經(jīng)驗(yàn)驅(qū)動(dòng)向理論驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)變。

（2）**ICS行為建模理論**：預(yù)期深化對(duì)ICS正常行為模式的理解，提出基于GNN-LSTM混合模型的ICS行為表示理論。闡明GNN如何捕捉結(jié)構(gòu)依賴(lài)性對(duì)行為的影響，LSTM如何建模時(shí)序動(dòng)態(tài)性，以及兩者融合的機(jī)理和優(yōu)勢(shì)。預(yù)期形成一套描述ICS行為特征、區(qū)分正常與異常的標(biāo)準(zhǔn)和方法論，為ICS異常檢測(cè)和攻擊識(shí)別提供更堅(jiān)實(shí)的理論依據(jù)。

（3）**動(dòng)態(tài)自適應(yīng)防御理論**：預(yù)期構(gòu)建基于MARL的ICS動(dòng)態(tài)自適應(yīng)防御理論框架，闡明多智能體協(xié)同決策的原理、機(jī)制和優(yōu)化方法。明確狀態(tài)空間、動(dòng)作空間、獎(jiǎng)勵(lì)函數(shù)的設(shè)計(jì)原則，以及如何通過(guò)強(qiáng)化學(xué)習(xí)實(shí)現(xiàn)防御策略的在線學(xué)習(xí)和優(yōu)化。預(yù)期形成一套評(píng)估動(dòng)態(tài)防御效果的理論模型和指標(biāo)體系，為ICS智能化防御策略的生成提供理論指導(dǎo)。

**（二）技術(shù)創(chuàng)新成果**

（1）**多源數(shù)據(jù)融合關(guān)鍵技術(shù)**：預(yù)期研發(fā)并驗(yàn)證高效的ICS多源數(shù)據(jù)采集與預(yù)處理技術(shù)，解決數(shù)據(jù)異構(gòu)、噪聲、缺失等問(wèn)題。開(kāi)發(fā)基于圖嵌入和多關(guān)系學(xué)習(xí)的多源數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)算法，實(shí)現(xiàn)跨類(lèi)型數(shù)據(jù)的深度融合。形成一套能夠構(gòu)建統(tǒng)一、精確、實(shí)時(shí)的ICS運(yùn)行視圖和知識(shí)圖譜的技術(shù)方案。

（2）**ICS行為建模關(guān)鍵技術(shù)**：預(yù)期研發(fā)并優(yōu)化GNN-LSTM混合行為建模算法，實(shí)現(xiàn)對(duì)ICS正常行為的高精度刻畫(huà)。開(kāi)發(fā)基于該模型的異常行為檢測(cè)與分類(lèi)算法，提高對(duì)已知和未知攻擊的識(shí)別能力。形成一套可解釋性強(qiáng)、適應(yīng)性好的ICS行為分析與預(yù)測(cè)技術(shù)。

（3）**動(dòng)態(tài)自適應(yīng)防御關(guān)鍵技術(shù)**：預(yù)期研發(fā)并驗(yàn)證適用于ICS環(huán)境的分布式MARL算法，解決多智能體協(xié)同訓(xùn)練和策略同步問(wèn)題。開(kāi)發(fā)基于MARL的動(dòng)態(tài)防御策略生成與執(zhí)行機(jī)制，實(shí)現(xiàn)對(duì)防御資源的智能調(diào)度和防御策略的自適應(yīng)調(diào)整。形成一套能夠有效提升ICS整體防御能力的智能化決策技術(shù)。

**（三）實(shí)踐應(yīng)用價(jià)值**

（1）**ICS安全態(tài)勢(shì)感知平臺(tái)原型系統(tǒng)**：預(yù)期開(kāi)發(fā)一套功能完善、性能穩(wěn)定的ICS安全態(tài)勢(shì)感知平臺(tái)原型系統(tǒng)。該平臺(tái)集成了多源數(shù)據(jù)融合、行為建模、態(tài)勢(shì)分析、預(yù)警告警、動(dòng)態(tài)防御決策和可視化展示等功能，能夠在模擬或真實(shí)的ICS環(huán)境中穩(wěn)定運(yùn)行，驗(yàn)證本項(xiàng)目核心技術(shù)的實(shí)際效果。該平臺(tái)可作為后續(xù)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的基線，為ICS安全廠商提供重要的技術(shù)參考。

（2）**提升ICS安全防護(hù)能力**：本項(xiàng)目成果預(yù)期能夠顯著提升ICS安全態(tài)勢(shì)感知的智能化和自動(dòng)化水平。通過(guò)更精準(zhǔn)的行為建模和更智能的動(dòng)態(tài)防御，可以有效提高對(duì)復(fù)雜威脅的檢測(cè)準(zhǔn)確率和響應(yīng)速度，降低誤報(bào)率和漏報(bào)率，減少安全事件造成的損失。這將直接提升關(guān)鍵信息基礎(chǔ)設(shè)施的安全防護(hù)能力，保障工業(yè)生產(chǎn)的連續(xù)性和穩(wěn)定性。

（3）**推動(dòng)ICS安全產(chǎn)業(yè)發(fā)展**：本項(xiàng)目的研究成果和技術(shù)方案，特別是集成化的平臺(tái)原型和形成的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，將推動(dòng)ICS安全產(chǎn)業(yè)的技術(shù)進(jìn)步和產(chǎn)品創(chuàng)新。有助于培育基于的ICS安全新業(yè)態(tài)，為相關(guān)企業(yè)帶來(lái)新的市場(chǎng)機(jī)遇，促進(jìn)我國(guó)ICS安全產(chǎn)業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力提升，保障產(chǎn)業(yè)鏈供應(yīng)鏈安全。

（4）**服務(wù)國(guó)家網(wǎng)絡(luò)安全戰(zhàn)略**：ICS安全是關(guān)鍵信息基礎(chǔ)設(shè)施安全的重要組成部分。本項(xiàng)目成果將為我國(guó)《網(wǎng)絡(luò)安全法》的貫徹實(shí)施提供技術(shù)支撐，服務(wù)于國(guó)家關(guān)于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)安全、關(guān)鍵信息基礎(chǔ)設(shè)施保護(hù)的戰(zhàn)略部署。通過(guò)提升ICS安全防護(hù)水平，將有助于維護(hù)國(guó)家安全、社會(huì)穩(wěn)定和公共利益。

（5）**產(chǎn)生高水平學(xué)術(shù)成果**：預(yù)期發(fā)表一系列高水平學(xué)術(shù)論文，申請(qǐng)多項(xiàng)發(fā)明專(zhuān)利，培養(yǎng)一批熟悉ICS安全、掌握技術(shù)的復(fù)合型人才。這些學(xué)術(shù)成果將促進(jìn)國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)交流，提升我國(guó)在ICS安全領(lǐng)域的學(xué)術(shù)影響力，為后續(xù)持續(xù)研究奠定基礎(chǔ)。

綜上所述，本項(xiàng)目預(yù)期在理論、技術(shù)和應(yīng)用層面均取得突破性成果，為應(yīng)對(duì)ICS安全挑戰(zhàn)提供一套有效的解決方案，具有顯著的社會(huì)效益、經(jīng)濟(jì)效益和學(xué)術(shù)價(jià)值。

九.項(xiàng)目實(shí)施計(jì)劃

本項(xiàng)目實(shí)施周期為三年，將按照研究目標(biāo)和內(nèi)容，分階段、有步驟地推進(jìn)各項(xiàng)研究任務(wù)。項(xiàng)目實(shí)施計(jì)劃具體安排如下：

**（一）項(xiàng)目時(shí)間規(guī)劃**

**第一階段：項(xiàng)目準(zhǔn)備與現(xiàn)狀調(diào)研階段（第1-3個(gè)月）**

***任務(wù)分配**：

*全面調(diào)研國(guó)內(nèi)外ICS安全態(tài)勢(shì)感知、數(shù)據(jù)融合、機(jī)器學(xué)習(xí)及強(qiáng)化學(xué)習(xí)等領(lǐng)域的最新研究進(jìn)展和技術(shù)應(yīng)用情況，完成文獻(xiàn)綜述報(bào)告。

*深入分析ICS系統(tǒng)的典型架構(gòu)、運(yùn)行機(jī)制、安全威脅特征以及現(xiàn)有防護(hù)體系的不足，明確本項(xiàng)目的研究目標(biāo)和關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題。

*初步設(shè)計(jì)項(xiàng)目的研究方案、技術(shù)路線、實(shí)驗(yàn)計(jì)劃和預(yù)期成果。

*組建項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)，明確各成員的分工和職責(zé)。

*開(kāi)始收集和整理相關(guān)的研究資料、公開(kāi)數(shù)據(jù)集和文獻(xiàn)。

***進(jìn)度安排**：

*第1個(gè)月：完成國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀調(diào)研，形成文獻(xiàn)綜述初稿。

*第2個(gè)月：分析ICS系統(tǒng)特點(diǎn)和安全需求，初步明確研究目標(biāo)和關(guān)鍵問(wèn)題。

*第3個(gè)月：完成項(xiàng)目研究方案和技術(shù)路線設(shè)計(jì)，團(tuán)隊(duì)組建完成，初步數(shù)據(jù)收集。

**第二階段：多源數(shù)據(jù)融合框架研究與實(shí)現(xiàn)階段（第4-9個(gè)月）**

***任務(wù)分配**：

*研究并設(shè)計(jì)ICS多源異構(gòu)數(shù)據(jù)融合框架的總體架構(gòu)和詳細(xì)設(shè)計(jì)方案。

*研發(fā)高效的數(shù)據(jù)采集接口，支持從日志、流量、設(shè)備狀態(tài)等多元數(shù)據(jù)源獲取數(shù)據(jù)。

*研發(fā)先進(jìn)的數(shù)據(jù)清洗、預(yù)處理和標(biāo)準(zhǔn)化算法，解決ICS數(shù)據(jù)的噪聲、缺失和不一致性問(wèn)題。

*研發(fā)基于圖嵌入或多關(guān)系學(xué)習(xí)的多源數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)算法，構(gòu)建統(tǒng)一的ICS運(yùn)行視圖和知識(shí)圖譜原型。

*在模擬或小規(guī)模真實(shí)環(huán)境中對(duì)數(shù)據(jù)融合框架各模塊進(jìn)行單元測(cè)試和集成測(cè)試。

***進(jìn)度安排**：

*第4-5個(gè)月：完成數(shù)據(jù)融合框架架構(gòu)設(shè)計(jì)和技術(shù)方案制定，數(shù)據(jù)采集接口研發(fā)。

*第6-7個(gè)月：完成數(shù)據(jù)清洗、預(yù)處理和標(biāo)準(zhǔn)化算法研發(fā)，并進(jìn)行初步測(cè)試。

*第8-9個(gè)月：完成多源數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)算法研發(fā)和知識(shí)圖譜構(gòu)建，進(jìn)行框架集成測(cè)試和初步評(píng)估。

**第三階段：ICS行為建模方法研究與實(shí)現(xiàn)階段（第10-18個(gè)月）**

***任務(wù)分配**：

*研究并設(shè)計(jì)基于GNN的ICS拓?fù)渑c行為依賴(lài)關(guān)系建模方法。

*研究并設(shè)計(jì)基于LSTM的ICS運(yùn)行時(shí)序行為建模方法。

*設(shè)計(jì)GNN與LSTM的混合模型架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)信息和行為時(shí)序信息的深度融合。

*研發(fā)基于混合模型的異常行為檢測(cè)算法。

*利用公開(kāi)數(shù)據(jù)集或模擬數(shù)據(jù)進(jìn)行離線實(shí)驗(yàn)，評(píng)估行為建模方法的性能。

***進(jìn)度安排**：

*第10-11個(gè)月：完成GNN行為建模方法研究，算法設(shè)計(jì)與初步實(shí)現(xiàn)。

*第12-13個(gè)月：完成LSTM行為建模方法研究，算法設(shè)計(jì)與初步實(shí)現(xiàn)。

*第14-15個(gè)月：完成GNN-LSTM混合模型架構(gòu)設(shè)計(jì)與算法集成。

*第16-17個(gè)月：利用數(shù)據(jù)集進(jìn)行離線實(shí)驗(yàn)，算法調(diào)優(yōu)與性能評(píng)估。

*第18個(gè)月：完成行為建模方法研究，形成研究報(bào)告。

**第四階段：動(dòng)態(tài)自適應(yīng)防御策略生成機(jī)制研究與實(shí)現(xiàn)階段（第19-27個(gè)月）**

***任務(wù)分配**：

*將ICS安全防御問(wèn)題建模為多智能體強(qiáng)化學(xué)習(xí)問(wèn)題，定義狀態(tài)空間、動(dòng)作空間和獎(jiǎng)勵(lì)函數(shù)。

*研究并設(shè)計(jì)適用于ICS環(huán)境的MARL算法，解決狀態(tài)觀測(cè)不完整、動(dòng)作執(zhí)行延遲等挑戰(zhàn)。

*研發(fā)基于MARL的動(dòng)態(tài)防御策略生成算法原型。

*設(shè)計(jì)評(píng)估防御策略有效性和效率的指標(biāo)體系。

*在模擬環(huán)境中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，評(píng)估MARL防御策略生成機(jī)制的性能。

***進(jìn)度安排**：

*第19-20個(gè)月：完成MARL問(wèn)題建模，狀態(tài)、動(dòng)作、獎(jiǎng)勵(lì)函數(shù)設(shè)計(jì)。

*第21-22個(gè)月：研發(fā)MARL算法，解決核心訓(xùn)練難題。

*第23-24個(gè)月：完成動(dòng)態(tài)防御策略生成算法原型開(kāi)發(fā)。

*第25-26個(gè)月：進(jìn)行模擬環(huán)境實(shí)驗(yàn)，評(píng)估算法性能。

*第27個(gè)月：完成防御策略生成機(jī)制研究，形成研究報(bào)告。

**第五階段：ICS安全態(tài)勢(shì)感知平臺(tái)原型系統(tǒng)開(kāi)發(fā)與測(cè)試階段（第28-36個(gè)月）**

***任務(wù)分配**：

*設(shè)計(jì)ICS安全態(tài)勢(shì)感知平臺(tái)的總體架構(gòu)和功能模塊。

*采用軟件工程方法，進(jìn)行平臺(tái)的原型開(kāi)發(fā)，集成數(shù)據(jù)融合、行為建模、動(dòng)態(tài)防御決策和態(tài)勢(shì)可視化等功能模塊。

*在模擬的典型工控場(chǎng)景中部署平臺(tái)原型，進(jìn)行全面的功能測(cè)試和性能測(cè)試。

*根據(jù)測(cè)試結(jié)果對(duì)平臺(tái)進(jìn)行優(yōu)化和調(diào)整。

*對(duì)平臺(tái)的原型系統(tǒng)進(jìn)行綜合評(píng)估。

***進(jìn)度安排**：

*第28個(gè)月：完成平臺(tái)架構(gòu)設(shè)計(jì)，制定詳細(xì)開(kāi)發(fā)計(jì)劃。

*第29-31個(gè)月：完成平臺(tái)核心模塊開(kāi)發(fā)與集成。

*第32-33個(gè)月：在模擬環(huán)境中進(jìn)行功能測(cè)試和初步性能測(cè)試。

*第34-35個(gè)月：根據(jù)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行平臺(tái)優(yōu)化與完善。

*第36個(gè)月：完成平臺(tái)測(cè)試與評(píng)估，形成平臺(tái)開(kāi)發(fā)總結(jié)報(bào)告。

**第六階段：成果總結(jié)與推廣階段（第37-36個(gè)月）**

***任務(wù)分配**：

*全面總結(jié)項(xiàng)目的研究成果，包括理論創(chuàng)新、技術(shù)創(chuàng)新、方法創(chuàng)新和系統(tǒng)成果。

*撰寫(xiě)項(xiàng)目研究報(bào)告、高質(zhì)量學(xué)術(shù)論文和技術(shù)專(zhuān)利。

*形成基于多源數(shù)據(jù)融合與強(qiáng)化學(xué)習(xí)的ICS安全態(tài)勢(shì)感知技術(shù)規(guī)范和指導(dǎo)意見(jiàn)。

*整理項(xiàng)目過(guò)程文檔和代碼，做好資料歸檔。

*探索項(xiàng)目成果的推廣應(yīng)用途徑，如參加學(xué)術(shù)會(huì)議、進(jìn)行技術(shù)交流等。

***進(jìn)度安排**：

*第37個(gè)月：完成項(xiàng)目整體總結(jié)，形成研究報(bào)告初稿。

*第38個(gè)月：完成核心學(xué)術(shù)論文撰寫(xiě)與投稿，技術(shù)專(zhuān)利申請(qǐng)。

*第39個(gè)月：形成ICS安全態(tài)勢(shì)感知技術(shù)規(guī)范和指導(dǎo)意見(jiàn)初稿。

*第40個(gè)月：完成所有項(xiàng)目文檔整理與歸檔，進(jìn)行成果推廣準(zhǔn)備。

*第41個(gè)月：完成項(xiàng)目最終報(bào)告，提交結(jié)題材料。

**（二）風(fēng)險(xiǎn)管理策略**

**風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別與評(píng)估**

***技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)**：包括ICS真實(shí)數(shù)據(jù)獲取難度大、多源數(shù)據(jù)融合算法復(fù)雜度高、MARL算法訓(xùn)練不穩(wěn)定、模型泛化能力不足等。通過(guò)加強(qiáng)文獻(xiàn)調(diào)研、與行業(yè)伙伴建立合作、采用成熟的算法框架、增加模擬數(shù)據(jù)生成與真實(shí)數(shù)據(jù)標(biāo)注、優(yōu)化模型結(jié)構(gòu)與訓(xùn)練策略等方式進(jìn)行緩解。

***管理風(fēng)險(xiǎn)**：包括項(xiàng)目進(jìn)度滯后、團(tuán)隊(duì)協(xié)作效率低、資源調(diào)配不合理等。通過(guò)制定詳細(xì)的項(xiàng)目計(jì)劃與里程碑節(jié)點(diǎn)、采用敏捷項(xiàng)目管理方法、定期召開(kāi)項(xiàng)目例會(huì)加強(qiáng)溝通協(xié)調(diào)、建立靈活的資源分配機(jī)制等措施進(jìn)行管理。

***應(yīng)用風(fēng)險(xiǎn)**：包括研究成果難以落地、與企業(yè)實(shí)際需求脫節(jié)等。通過(guò)加強(qiáng)需求調(diào)研、開(kāi)展多場(chǎng)景實(shí)證測(cè)試、與工業(yè)界深度合作、提供定制化解決方案等方式進(jìn)行應(yīng)對(duì)。

**安全風(fēng)險(xiǎn)**：包括項(xiàng)目數(shù)據(jù)泄露、模型被惡意攻擊等。通過(guò)加強(qiáng)數(shù)據(jù)加密與訪問(wèn)控制、構(gòu)建安全的實(shí)驗(yàn)環(huán)境、采用對(duì)抗訓(xùn)練提高模型魯棒性、建立應(yīng)急響應(yīng)機(jī)制等方式進(jìn)行防范。

**風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)對(duì)措施**

本項(xiàng)目將建立完善的風(fēng)險(xiǎn)管理體系，采取主動(dòng)預(yù)防和及時(shí)應(yīng)對(duì)相結(jié)合的策略。對(duì)于已識(shí)別的風(fēng)險(xiǎn)，將制定具體的應(yīng)對(duì)計(jì)劃，明確責(zé)任人和解決時(shí)限。同時(shí)，將定期進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，動(dòng)態(tài)調(diào)整風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)對(duì)措施，確保項(xiàng)目順利進(jìn)行。

**一、封面內(nèi)容**

項(xiàng)目名稱(chēng)：基于多源數(shù)據(jù)融合與強(qiáng)化學(xué)習(xí)的工業(yè)控制系統(tǒng)安全態(tài)勢(shì)感知關(guān)鍵技術(shù)研究

申請(qǐng)人姓名及聯(lián)系方式：張明，高級(jí)研究員，郵箱：zhangming@

所屬單位：國(guó)家工業(yè)信息安全研究院

申報(bào)日期：2023年10月26日

項(xiàng)目類(lèi)別：應(yīng)用研究

**二．項(xiàng)目摘要**

本項(xiàng)目聚焦工業(yè)控制系統(tǒng)（ICS）面臨的復(fù)雜安全威脅，旨在研發(fā)一套基于多源數(shù)據(jù)融合與強(qiáng)化學(xué)習(xí)的智能化態(tài)勢(shì)感知關(guān)鍵技術(shù)體系，提升ICS安全防護(hù)的智能化和動(dòng)態(tài)化水平。項(xiàng)目以工業(yè)控制系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、異常行為識(shí)別和威脅預(yù)測(cè)為核心，構(gòu)建多源異構(gòu)數(shù)據(jù)融合框架，整合工控系統(tǒng)日志、網(wǎng)絡(luò)流量、設(shè)備狀態(tài)及外部威脅情報(bào)等多維度信息，通過(guò)深度特征提取與時(shí)空關(guān)聯(lián)分析，實(shí)現(xiàn)安全事件的精準(zhǔn)溯源與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。在方法上，采用圖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（GNN）建模工控系統(tǒng)的拓?fù)渑c行為依賴(lài)關(guān)系，結(jié)合長(zhǎng)短期記憶網(wǎng)絡(luò)（LSTM）的混合模型，精確刻畫(huà)ICS的正常行為模式，并有效識(shí)別異常行為，提升安全事件檢測(cè)的準(zhǔn)確性和實(shí)時(shí)性。同時(shí)，引入多智能體強(qiáng)化學(xué)習(xí)（MARL）技術(shù)，研究動(dòng)態(tài)自適應(yīng)防御策略生成機(jī)制，實(shí)現(xiàn)安全資源的優(yōu)化配置和防御策略的實(shí)時(shí)調(diào)整，提升ICS安全防御的智能化和自適應(yīng)性。預(yù)期開(kāi)發(fā)一套ICS安全態(tài)勢(shì)感知平臺(tái)原型系統(tǒng)，驗(yàn)證所提出的關(guān)鍵技術(shù)方法的實(shí)際效果，并在典型工控場(chǎng)景中進(jìn)行應(yīng)用測(cè)試，評(píng)估體系的性能和實(shí)用性。項(xiàng)目成果將推動(dòng)工業(yè)控制系統(tǒng)從被動(dòng)防御向主動(dòng)、智能、自適應(yīng)防御轉(zhuǎn)型，為關(guān)鍵信息基礎(chǔ)設(shè)施的安全保障提供核心技術(shù)支撐，具有顯著的社會(huì)價(jià)值、經(jīng)濟(jì)價(jià)值以及學(xué)術(shù)價(jià)值。

十.項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)

本項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)由來(lái)自國(guó)內(nèi)頂尖高校、權(quán)威研究機(jī)構(gòu)及行業(yè)領(lǐng)先企業(yè)的專(zhuān)家學(xué)者和工程技術(shù)人員組成，團(tuán)隊(duì)成員在工業(yè)控制系統(tǒng)安全、、數(shù)據(jù)挖掘、軟件工程等領(lǐng)域具有深厚的理論功底和豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，能夠確保項(xiàng)目研究的科學(xué)性、先進(jìn)性和實(shí)用性。

**（一）團(tuán)隊(duì)成員專(zhuān)業(yè)背景與研究經(jīng)驗(yàn)**

**核心負(fù)責(zé)人：張明**

項(xiàng)目負(fù)責(zé)人張明，高級(jí)研究員，長(zhǎng)期從事工業(yè)控制系統(tǒng)安全領(lǐng)域的研究工作，在ICS攻擊檢測(cè)、入侵防御和態(tài)勢(shì)感知等方面具有深厚的理論積累和豐富的項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)。曾主持完成多項(xiàng)國(guó)家級(jí)ICS安全項(xiàng)目，發(fā)表高水平學(xué)術(shù)論文20余篇，申請(qǐng)發(fā)明專(zhuān)利15項(xiàng)，曾獲國(guó)家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)。研究方向涵蓋工控系統(tǒng)協(xié)議分析、安全事件檢測(cè)、入侵檢測(cè)系統(tǒng)（IDS）設(shè)計(jì)、安全態(tài)勢(shì)感知技術(shù)等。具有豐富的項(xiàng)目管理經(jīng)驗(yàn)，擅長(zhǎng)跨學(xué)科團(tuán)隊(duì)協(xié)作，能夠有效整合資源，推動(dòng)項(xiàng)目按計(jì)劃高質(zhì)量完成。

**（二）團(tuán)隊(duì)成員角色分配與合作模式**

**技術(shù)總工程師：李強(qiáng)**

李強(qiáng)，博士，教授級(jí)高工，研究方向?yàn)閺?fù)雜網(wǎng)絡(luò)與智能系統(tǒng)安全，擁有10年以上ICS安全研究經(jīng)驗(yàn)，精通機(jī)器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)和強(qiáng)化學(xué)習(xí)等技術(shù)在ICS安全領(lǐng)域的應(yīng)用。曾參與多個(gè)大型ICS安全防護(hù)系統(tǒng)研發(fā)項(xiàng)目，在工業(yè)控制系統(tǒng)安全態(tài)勢(shì)感知、異常行為檢測(cè)和智能防御等方面取得了顯著成果。在頂級(jí)安全會(huì)議和期刊發(fā)表論文30余篇，擁有多項(xiàng)核心技術(shù)專(zhuān)利。負(fù)責(zé)項(xiàng)目整體技術(shù)方案設(shè)計(jì)，指導(dǎo)團(tuán)隊(duì)成員開(kāi)展關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)，確保項(xiàng)目技術(shù)路線的科學(xué)性和先進(jìn)性。

**（二）團(tuán)隊(duì)成員角色分配與合作模式**

**（三）核心成員：王芳**

王芳，碩士，資深數(shù)據(jù)科學(xué)家，研究方向?yàn)闀r(shí)序數(shù)據(jù)分析與機(jī)器學(xué)習(xí)應(yīng)用，在工業(yè)控制系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)分析和異常檢測(cè)方面具有豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。曾參與多個(gè)大型工控系統(tǒng)安全數(shù)據(jù)平臺(tái)建設(shè)，積累了大量ICS運(yùn)行數(shù)據(jù)和攻擊樣本，擅長(zhǎng)數(shù)據(jù)挖掘、特征工程和模型優(yōu)化。在頂級(jí)數(shù)據(jù)挖掘會(huì)議和期刊發(fā)表論文10余篇，擁有多項(xiàng)數(shù)據(jù)分析和安全預(yù)警相關(guān)專(zhuān)利。負(fù)責(zé)項(xiàng)目數(shù)據(jù)融合框架和知識(shí)圖譜構(gòu)建技術(shù)研究，承擔(dān)多源數(shù)據(jù)的清洗、預(yù)處理、關(guān)聯(lián)分析等任務(wù)，為后續(xù)行為建模和態(tài)勢(shì)感知提供高質(zhì)量的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

**（四）核心成員：趙磊**

趙磊，博士，研究員，研究方向?yàn)槎嘀悄荏w強(qiáng)化學(xué)習(xí)與復(fù)雜系統(tǒng)決策，在資源約束下的智能決策算法方面具有深厚的研究基礎(chǔ)和豐富的工程應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)。曾參與多個(gè)智能決策系統(tǒng)研發(fā)項(xiàng)目，在資源優(yōu)化配置、動(dòng)態(tài)策略生成等方面取得了顯著成果。在頂級(jí)會(huì)議和期刊發(fā)表論文20余篇，擁有多項(xiàng)智能決策相關(guān)專(zhuān)利。負(fù)責(zé)項(xiàng)目動(dòng)態(tài)自適應(yīng)防御策略生成機(jī)制研究，承擔(dān)MARL算法設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)、防御策略?xún)?yōu)化等任務(wù)，為ICS安全防護(hù)提供智能化決策支持。

**（五）核心成員：孫偉**

孫偉，碩士，高級(jí)工程師，研究方向?yàn)檐浖こ膛c系統(tǒng)開(kāi)發(fā)，在工業(yè)控制系統(tǒng)安全防護(hù)系統(tǒng)研發(fā)方面具有豐富的工程經(jīng)驗(yàn)。曾參與多個(gè)大型ICS安全產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)與測(cè)試，積累了大量系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)和軟件開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)。擅長(zhǎng)安全軟件開(kāi)發(fā)、系統(tǒng)集成和性能優(yōu)化。在頂級(jí)軟件工程會(huì)議和期刊發(fā)表論文5篇，擁有多項(xiàng)軟件工程相關(guān)專(zhuān)利。負(fù)責(zé)項(xiàng)目安全態(tài)勢(shì)感知平臺(tái)原型系統(tǒng)開(kāi)發(fā)，承擔(dān)系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)、模塊開(kāi)發(fā)與集成等任務(wù)，確保平臺(tái)功能的完整性和實(shí)用性。

**（六）項(xiàng)目助理：劉洋**

劉洋，碩士，研究助理，研究方向?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)安全與信息安全，熟悉工控系統(tǒng)安全防護(hù)技術(shù)，具備扎實(shí)的網(wǎng)絡(luò)安全基礎(chǔ)知識(shí)和良好的溝通協(xié)調(diào)能力。曾參與多個(gè)ICS安全項(xiàng)目的研究與實(shí)施，積累了豐富的項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)。負(fù)責(zé)項(xiàng)目日常管理、文檔整理、會(huì)議等工作，協(xié)助項(xiàng)目負(fù)責(zé)人進(jìn)行項(xiàng)目協(xié)調(diào)和資源管理。擁有多項(xiàng)網(wǎng)絡(luò)安全相關(guān)證書(shū)，具備良好的