• ISSN 0258-2724
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基于威胁分析的高速铁路信号系统风险评估方法

李洪赭 闫连山 陈建译 李赛飞 徐斯润

李洪赭, 闫连山, 陈建译, 李赛飞, 徐斯润. 基于威胁分析的高速铁路信号系统风险评估方法[J]. 西南交通大学学报, 2022, 57(6): 1334-1341. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20210113
引用本文: 李洪赭, 闫连山, 陈建译, 李赛飞, 徐斯润. 基于威胁分析的高速铁路信号系统风险评估方法[J]. 西南交通大学学报, 2022, 57(6): 1334-1341. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20210113
LI Hongzhe, YAN Lianshan, CHEN Jianyi, LI Saifei, XU Sirun. Risk Assessment Method of High-Speed Railway Signal Systems Based on Threat Analysis[J]. Journal of Southwest Jiaotong University, 2022, 57(6): 1334-1341. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20210113
Citation: LI Hongzhe, YAN Lianshan, CHEN Jianyi, LI Saifei, XU Sirun. Risk Assessment Method of High-Speed Railway Signal Systems Based on Threat Analysis[J]. Journal of Southwest Jiaotong University, 2022, 57(6): 1334-1341. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20210113

基于威胁分析的高速铁路信号系统风险评估方法

doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20210113
基金项目: 中国铁路总公司重点课题(2017X007-C);四川省科技计划(2021YJ0372,2019ZDZX0007)
详细信息
    作者简介:

    李洪赭(1994—),男,博士研究生,研究方向为铁路通信信号系统网络安全,E-mail:lihongzhe66@vip.qq.com

    通讯作者:

    闫连山(1971—),男,教授,博士,研究方向为信息光子与通信,E-mail:lsyan@home.swjtu.edu.cn

  • 中图分类号: U284

Risk Assessment Method of High-Speed Railway Signal Systems Based on Threat Analysis

  • 摘要:

    高速铁路信号系统是实现列车安全运行的关键基础设施,一旦发生设备或系统功能性故障极易导致安全事故. 为此,提出了一种功能安全视角下用于高速铁路信号系统风险评估的模糊综合评价方法. 该方法在改进模糊综合评判和层次分析法(analytic hierarchy process,AHP)的基础上,加强系统威胁场景分析,并建立各场景下风险因素耦合关系. 首先,分析高速铁路信号系统中影响行车安全的5类44个威胁场景,以系统功能安全事故为分析准则层、威胁类别为因素层,构建递阶层次结构;然后,根据主观评价确定结构中各要素权重,结合评语集对风险进行综合评估,并根据各场景风险值变化动态调整各层级和因素的权重,使评估结果更为真实,且能在安全风险和信号业务间建立映射关系. 最后,通过评估某客专真实安全数据,得到信号系统风险等级较低的结果,与其他方法测评结果基本一致,验证了该方法的有效性.

     

  • 图 1  高速铁路信号系统标准业务功能模型

    Figure 1.  Standard service function model of railway signal system

    图 2  信号系统风险评估流程

    Figure 2.  Risk assessment process of signal system

    图 3  信号系统风险层次分析结构

    Figure 3.  Risk hierarchical analysis structure of signal system

    表  1  威胁场景分类

    Table  1.   Threat scenario classification

    分类说明数量/个
    系统运算输出错误故障-安全平台运算输出错误程序、数据和配置文件等被篡改或伪造,造成系统运算错误5
    非故障-安全单元运算输出错误6
    列控信息网络传输错误信息在网络中被篡改和伪造消息在网络传输的过程中被篡改、伪造、破坏和阻断6
    信息在网络中被破坏和阻断9
    人员越权操作恶意人员越权操作或发送消息3
    信号系统基础数据错误设备计算所需要的静态基础数据被攻击者篡改、伪造和破坏3
    设备、系统或程序损坏恶意人员实施破坏和拒绝服务为目的的攻击12
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    表  2  CVSS漏洞评分方法

    Table  2.   Common vulnerability scoring system

    评价方向指标威胁程度分值
    影响度机密性(C不受影响/部分/完全0/0.7/1.0
    完整性(I不受影响/部分/完全0/0.7/1.0
    可用性(A不受影响/部分/完全0/0.7/1.0
    可利
    用度
    攻击途径(AV本地/远程0.7/1.0
    攻击复杂度(AC高/中/低0.6/0.8/1.0
    权限要求(PR需要/不需要0.6/1.0
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    表  3  漏洞严重程度分级

    Table  3.   Vulnerability severity rating

    分值区间[0,2)[2,4)[4,6)[6,8)[8,10]
    风险等级较低中等较高
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  • [1] 李赛飞,闫连山,李洪赭,等. 铁路通信网络安全的分析测试与可信防御研究[J]. 西南交通大学学报,2018,53(6): 1130-1136,1149. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.2018.06.006

    LI Saifei, YAN Lianshan, LI Hongzhe, et al. Analysis and testing of network security for China railway communication networks and proposed architecture based on trusted computing[J]. Journal of Southwest Jiaotong University, 2018, 53(6): 1130-1136,1149. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.2018.06.006
    [2] SCAIFE N, TRAYNOR P, BUTLER K. Making sense of the ransomware mess (and planning a sensible path forward)[J]. IEEE Potentials, 2017, 36(6): 28-31. doi: 10.1109/MPOT.2017.2737201
    [3] PARASKEVAS A. Cybersecurity in travel and tourism: a risk-based approach[M]//Handbook of e-Tourism. Blacksburg: Print ISBN, 2020.
    [4] LYONS K. 10,000 UK railway users had details leaked by free Wi-Fi provider[EB/OL]. (2020-03-02) [2020-03-02]. https://www.theverge.com/2020/3/2/21161387/ uk-railway-stations-free-wi-fi-exposed-london-bridge.
    [5] DENG X H, WANG R, XU T. Risk assessment of tunnel portals in the construction stage based on fuzzy analytic hierarchy process[J]. Archives of Civil Engineering, 2018, 64(4): 69-87. doi: 10.2478/ace-2018-0045
    [6] SPANIDIS P M, ROUMPOS C, PAVLOUDAKIS F. A fuzzy-AHP methodology for planning the risk management of natural hazards in surface mining projects[J]. Sustainability, 2021, 13(4): 1-23.
    [7] AYYILDIZ E, TASKIN GUMUS A. Pythagorean fuzzy AHP based risk assessment methodology for hazardous material transportation:an application in istanbul[J]. Environmental Science and Pollution Research, 2021, 28(27): 35798-35810. doi: 10.1007/s11356-021-13223-y
    [8] WU X P, FU Y, WANG J S. Information systems security risk assessment on improved fuzzy AHP[C]//2009 ISECS International Colloquium on Computing, Communication, Control, and Management. Sanya: IEEE, 2009: 365-369.
    [9] 龚斯谛,王磊. 基于AHP与信息熵的工控系统信息安全风险评估研究[J]. 工业控制计算机,2017,30(4): 11-12,15. doi: 10.3969/j.issn.1001-182X.2017.04.005

    GONG Sidi, WANG Lei. Cyber security risk assessment for industrial control system based on AHP and information entropy[J]. Industrial Control Computer, 2017, 30(4): 11-12,15. doi: 10.3969/j.issn.1001-182X.2017.04.005
    [10] 郑晓波. 基于AHP的铁路信息系统风险评价指标体系[J]. 中国安全科学学报,2020,30(增1): 139-145.

    ZHENG Xiaobo. Research on risk evaluation index system of railway information system based on AHP[J]. China Safety Science Journal, 2020, 30(S1): 139-145.
    [11] WANG H W, NI M M, GAO S G, et al. A resilience-based security assessment approach for railway signalling systems[C]//Proceedings of the Chinese Control Conference. Wuhan: [s.n.], 2018: 25-27.
    [12] YI S W, WANG H W, MA Y Y, et al. A safety-security assessment approach for communication-based train control (CBTC) systems based on the extended fault tree[C]//2018 27th International Conference on Computer Communication and Networks (ICCCN). Hangzhou: IEEE, 2018: 1-5.
    [13] 付淳川,王小敏,张文芳,等. 基于组件安全属性的列控中心信息安全风险评估方法[J]. 铁道学报,2017,39(8): 77-84. doi: 10.3969/j.issn.1001-8360.2017.08.011

    FU Chunchuan, WANG Xiaomin, ZHANG Wenfang, et al. A component security attribute model driven information security risk assessment approach for train control center[J]. Journal of the China Railway Society, 2017, 39(8): 77-84. doi: 10.3969/j.issn.1001-8360.2017.08.011
    [14] 张曙光. CTCS-3级列控系统总体技术方案[M]. 北京: 中国铁道出版社, 2008.
    [15] 孙宏才, 田平, 王莲芬. 网络层次分析法与决策科学[M]. 北京: 国防工业出版社, 2011.
    [16] 国家市场监督管理总局, 中国国家标准化管理委员会. 信息安全技术 网络安全等级保护测评要求: GB/T 28448—2019[S]. 北京: 中国标准出版社, 2019.
    [17] MELL P, SCARFONE K, ROMANOSKY S. Common vulnerability scoring system[J]. IEEE Security & Privacy, 2006, 4(6): 85-89.
    [18] 李赛飞,闫连山,郭伟,等. 高速铁路信号系统网络安全与统一管控[J]. 西南交通大学学报,2015,50(3): 478-484,503. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.2015.03.015

    LI Saifei, YAN Lianshan, GUO Wei, et al. Analysis of network security for Chinese high-speed railway signal systems and proposal of unified security control[J]. Journal of Southwest Jiaotong University, 2015, 50(3): 478-484,503. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.2015.03.015
    [19] 闫连山, 郭伟, 崔允贺, 等. 一种提高RSSP-II协议安全性的改进方案: 中国, CN104135469A[P]. 2014-11-05.
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出版历程
  • 收稿日期:  2021-02-05
  • 修回日期:  2021-05-08
  • 网络出版日期:  2022-09-26
  • 刊出日期:  2021-09-07

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