内部威胁核安保事件网络攻防对抗博弈研究
摘要：攻防对抗博弈是乏燃料后处理厂关键基础设施实物保护中的一个关键
问题。实物保护系统服务于乏燃料后处理厂建造、运行和退役阶段，利用人、
程序以及装置设备确保核设施和核材料免受盗窃、抢劫或非法转移核材料以
及核设施破坏等威胁。随着经济全球化和国际安全形势日趋复杂，世界范围
内的恐怖主义活动从未停息，更需要对核材料及核设施的安保问题给予高度
关注。内部知情人对实物保护系统构成了更大的威胁，其能利用访问权限和
对设施的了解，为外部敌手提供乏燃料后处理厂厂区布局、建筑特征等信息。
这将对核安保与核应急接口构成关键威胁，使外部敌手具有更多的机会绕过
专门的核安保措施实施恶意行为。
本文首先阐述了乏燃料后处理厂的总体布局及工艺流程、实物保护系统
设计流程，识别内部威胁核安保事件目标、网络路径。评估核设施安保威胁
的常规工具是由建模者定义的数量有限的攻击路径，并且基于简单的概率计
算，未考虑攻击者实施恶意行为的意图和其对防御性资源的反应。博弈论是
一种复杂对抗领域建模和模拟的有力范式，其中 Stackelberg博弈被广泛应用
于多 agent系统研究。基于目标的攻防对抗博弈已获得长足进展，而基于网络
的攻防博弈成果仍然有限。受限网络图形拓扑结构对参与者的影响，敌手在
网络结构比目标域表现出更为复杂多样的恶意行为。
其次，根据外部、中间和内部区域路径概念，结合被动式和主动式两种
意图，得到 10种内部知情人类型。针对每个目标的价值因其吸引力和复杂性
而对决策者有所差异，假定乏燃料水池的相对后果值为 0.8、产品及放射性废
I
物储存库的相对后果值为 1.0。使用一个简化的测试用例问题模拟了在乏燃料
后处理厂中防御者—外部敌手的竞争交互作用以及一个有意图的内部知情人
的加入。将防御者与外部敌手之间的交互作用建模为两人零和 Stackelberg博
弈。该模型以未探测概率和行进时间作为实物保护参数的基线。该模型的关
键特性之一是，在防御性资源预算有限的情况下，能实现实物保护系统升级
方案的优先性。
最后，运用 CPLEX+YALMIP+MATLAB软件的内置精确算法对采用混合
整数规划进行公式化的乏燃料后处理厂核安保事件的内外勾结情景模型求
解。考虑 0—11的预算约束水平结合安保升级类型、成本及效果，对无内部
知情人及各类内部知情人的未探测概率及行进时间进行修改。结果表明，即
使只是出于被动的意图，拥有更高权力或接触到乏燃料后处理厂更关键功能
的内部知情人也可能导致更高的后果。且 ?分布的结果比均匀分布的结果显
示出更加复杂和多样化的模式，会随预算和内部知情人类型的变化呈现更多
的变化。此外，对安保升级组合进行了敏感性分析和成本效益分析，确定了
该模型中脆弱但重要的参数。这使得确定哪种内部知情人类型更重要成为可
能。本文分析的结果可用于确定乏燃料后处理厂实物保护系统改进的优先顺
序，进而为核安保领域决策过程提供支撑。
关键词：资源分配；乏燃料后处理厂；内部威胁核安保事件；网络攻防对抗
博弈
II