网络空间安全中的数字孪生技术研究

网络数字孪生技术将数字孪生和网络空间建模与仿真技术相结合，通过深入研究网络数字孪生技术的内涵及其关键技术，可以更好地利用网络空间建模与仿真技术赋能网络空间安全未来的发展。概述了网络数字孪生的基础理论和研究现状，提出了网络数字孪生的分类法并对网络数字孪生的应用进行了总结，归纳出面向网络空间安全的网络数字孪生模型，论述了网络数字孪生内在安全问题与赋能网络安全技术的方法，展望了网络数字孪生在网络空间安全领域的应用前景与挑战机遇。随着物联网、云计算和人工智能等高新技术 的飞速发展，管理和运维物理系统变得日益复杂。 数字孪生(digital twins, DT)技术通过将物理系统与 数字模型相互映射，提供了解决管理和运维问题 的新途径。在网络空间也存在复杂的网络信息系 统和物理信息系统，将DT技术引入网络空间可以 准确映射网络拓扑，实时监测网络设备状态，提 高管理和运维效率。同时，随着网络攻击呈现多元化、全球化、智能化等特点，网络空间安全面临 着更加严峻的挑战。网络数字孪生(NDT)作为一项 新兴的技术，能够为网络提供快速的备份和恢复 能力，保障了业务的连续性和安全性，在增强网 络空间安全保护方面具有重要的意义。 DT 的概念可以追溯到 2003 年美国密歇根大 学教授 Michael Grieves 针对产品生命周期管理提 出的镜像空间模型。此后，DT逐渐成为航空、能 源、医疗等领域的研究热点。随着网络数字化仿 真技术的发展，DT技术的研究开始迈向网络信息 领域。NDT作为典型的网络空间建模技术，旨在 建立准确、可实时运行并具有交互反馈功能的网 络空间模型，从而实现网络通信时延的降低以及 网络行为的精准预测等，提升网络可用性和安全 性。针对目前NDT技术在网络空间安全中的应用 问题，本文深入探讨了NDT技术在网络空间安全 中的应用，并取得了以下主要成果： (1) 提出了基于典型应用的分类法，为 NDT 技术提供了合理的分类框架； (2) 总结了DT技术在网络空间安全中的应用， 并归纳了一个基于云边协同计算的实时数据交互 网络模型； (3) 分析了 NDT 的内在安全防护问题及其赋 能的网络安全技术应用； (4) 归纳了 NDT 在网络空间安全领域面临的 新挑战和机遇。 1　数字孪生概述与发展 DT 是以数字化方式创建物理实体的虚拟模 型，借助数据模拟物理实体在现实环境中的行为， 通过虚实交互反馈、数据融合分析、决策迭代优 化等手段，为物理实体增加或扩展新的能力[1] 。 DT先后历经了概念发展期、应用探索期、应用领 先期、标准制定期和全域覆盖期，如图 1 所示。 在概念发展期，NASA将DT定义为一种集成化了 的多种物理量、多种空间尺度的系统仿真，利用 物理模型、传感器数据的更新等，镜像出孪生对 象的生存状态。在应用探索期，DT 技术快速发 展，并逐渐应用到航空、医疗、能源等领域[2] 。在 应用领先期，DT技术实现了对战斗机组件生命周 期的预测，IBM、微软、谷歌等公司也先后进入 DT 市场。在标准制定期，部分行业先后制定了 DT 相关的标准，如工业领域的数字孪生 OPC 标 准，各种行业白皮书的发布推动了DT的标准化。 在全域覆盖期，DT技术逐步应用到全新领域，如 兵棋推演、网络建模、6G设施等，为新一代网络 发展和军事建设提供重要支撑。