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计算机科学 > 计算机科学与博弈论

arXiv:2505.19338 (cs)
[提交于 2025年5月25日 ]

标题: 网络安全中攻击与防御的协同演化动态

标题: Co-evolutionary Dynamics of Attack and Defence in Cybersecurity

Authors:Adeela Bashir, Zia Ush Shamszaman, Zhao Song, The Anh Han
摘要: 在不断发展的数字环境中,研究网络攻击和防御的动态至关重要。 本研究使用演化博弈论(EGT)框架来探讨网络空间中攻击和防御的演化动力学。 我们开发了一个攻击者与防御者之间的两群体非对称博弈模型,以捕捉成本、潜在收益以及成功防御概率这些基本因素。 通过数学分析和数值模拟,我们发现具有高强度防御的系统表现出稳定的低攻击频率,而低防御环境则表现出不稳定,并且容易受到攻击。 此外,我们发现了五个平衡点,其中总是防御和攻击的战略组合作为网络领域中防御者与攻击者之间持续战斗的特征,成为最有可能的稳定状态。 我们的理论发现与过去网络事件的实际数据相吻合,展示了其跨学科影响,如欺诈检测、风险管理以及网络安全决策。 总体而言,我们的分析表明,基于EGT的自适应网络安全策略可以改善资源分配,增强系统韧性,并降低网络攻击的整体风险。 通过结合实际数据,本研究证明了EGT在应对网络威胁演变性质以及通过战略规划和主动防御措施实现安全数字生态系统方面的适用性。
摘要: In the evolving digital landscape, it is crucial to study the dynamics of cyberattacks and defences. This study uses an Evolutionary Game Theory (EGT) framework to investigate the evolutionary dynamics of attacks and defences in cyberspace. We develop a two-population asymmetric game between attacker and defender to capture the essential factors of costs, potential benefits, and the probability of successful defences. Through mathematical analysis and numerical simulations, we find that systems with high defence intensities show stability with minimal attack frequencies, whereas low-defence environments show instability, and are vulnerable to attacks. Furthermore, we find five equilibria, where the strategy pair always defend and attack emerged as the most likely stable state as cyber domain is characterised by a continuous battle between defenders and attackers. Our theoretical findings align with real-world data from past cyber incidents, demonstrating the interdisciplinary impact, such as fraud detection, risk management and cybersecurity decision-making. Overall, our analysis suggests that adaptive cybersecurity strategies based on EGT can improve resource allocation, enhance system resilience, and reduce the overall risk of cyberattacks. By incorporating real-world data, this study demonstrates the applicability of EGT in addressing the evolving nature of cyber threats and the need for secure digital ecosystems through strategic planning and proactive defence measures.
主题: 计算机科学与博弈论 (cs.GT) ; 密码学与安全 (cs.CR); 适应性与自组织系统 (nlin.AO)
引用方式: arXiv:2505.19338 [cs.GT]
  (或者 arXiv:2505.19338v1 [cs.GT] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2505.19338
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI

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来自: The Anh Han [查看电子邮件]
[v1] 星期日, 2025 年 5 月 25 日 22:11:24 UTC (1,095 KB)
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