近日,经济管理学院黄宗盛老师指导硕士研究生王子璇在系统安全领域顶级期刊Reliability Engineering and System Safety(中科院一区)发表题为:Assessing the robustness of physical networks under attack uncertainty的研究论文。
网络稳健性是理解和缓解复杂物理基础设施网络脆弱性的关键。传统研究通常通过在各种攻击策略下评估网络性能来衡量其稳健性,并普遍假设攻击总能成功实施。然而,物理基础设施面临的攻击本质上具有不确定性,其成功并非理所当然,可能受到防御机制、资源限制或策略失误等因素的影响。为弥补这一研究空白,本文提出了一种新颖的网络攻击不确定性模型,明确考虑了攻击失败的情形,从而为稳健性评估提供了更现实的分析框架。与以往假设攻击确定发生的研究不同,我们的模型捕捉了节点或边受到攻击时所面临的物理基础设施中断的不确定性特征。基于该模型,本文在多个网络中开展了广泛实验,包括Barabási–Albert(BA)、Watts–Strogatz(WS)、Erdős–Rényi(ER)等典型的合成网络模型,以及真实的国际贸易网络。研究发现挑战了传统观念,即“对中心节点的有针对性攻击最具破坏力”。相反,当考虑攻击不确定性时,攻击边缘节点对网络稳健性的破坏最大,其次是随机攻击,而中心攻击的影响最小。这一出人意料的结果揭示了边缘结构的脆弱性,而这些通常在传统稳健性评估中被忽视。上述发现为网络防御策略提供了新的思路,强调不仅要保护中心节点,还应重视那些在不确定攻击条件下可能成为关键失效点的边缘部件。
这种战略逻辑在我国历史中亦有深刻体现。20世纪30至40年代,中国共产党起初试图通过南昌起义、广州起义等方式,企图通过城市武装暴动或攻占大城市来夺取革命胜利,但均以失败告终。随后,中国共产党领导人转变策略,采取类似“边缘攻击”的方式,将重心转向农村地区,在陕北、赣南等地建立根据地,通过外围掌控逐步包围城市中心——农村包围城市,从而有效削弱了国民党的力量,最终实现全国解放。这一历史经验正体现了本文实验揭示的原则:在攻击存在较大不确定性下,攻击边缘结构较直接攻击中心节点更具战略效果,并可能带来更深远的影响。
本研究不仅为物理网络提供了更为精准的稳健性评估框架,也为制定应对不可预测威胁的网络防御策略提供了理论支撑,有助于构建更具韧性的网络系统。
本论文为黄宗盛老师主持的国家社科基金一般项目(项目编号:22BGL018)的重要研究成果之一。
论文链接为:https://doi.org/10.1016/j.ress.2025.111231