A Multidimensional Cyber Range Attribute Characterization Model and Similarity Algorithm Based on ATT&CK

doi:10.3969/j.issn.1671-1122.2025.07.006

Abstract

Abstract:

Cyber ranges play a crucial role in cybersecurity talent training, intrusion detection, and vulnerability identification. Existing cyber range construction methods suffer from inefficient parameter modeling and high manual involvement, failing to meet growing cybersecurity demands. To enhance construction efficiency, researchers have proposed improvements and new solutions, yet challenges like lacking systematic modeling methods remain. This paper presented a multidimensional cyber range attribute characterization model and similarity algorithm based on ATT&CK. The study first extended the ATT&CK framework to develop the multidimensional model, then designed a security attribute matrix and similarity representation method for systematic modeling. Simulation results demonstrate the approach significantly improved construction efficiency while reducing manual effort.

Key words: ATT&CK framework, cyber range, similarity algorithm, attribute characterization model

CLC Number:

TP309

YANG Wang, MA Mingyu, BIAN Junjing. A Multidimensional Cyber Range Attribute Characterization Model and Similarity Algorithm Based on ATT&CK[J]. Netinfo Security, 2025, 25(7): 1063-1073.

Figures/Tables 15

技术名称	描述	包含的子技术
Active Scanning^[17,18]	通过网络流量探测受害者基础设施，执行主动侦察扫描来收集相关信息	Scanning IP Blocks
		Vulnerability Scanning
		Wordlist Scanning
Gather Victim Host Information	攻击者会收集受害者主机相关的信息，如数据（名称、分配的 IP）以及有关其配置的细节（如操作系统、语言）	Hardware
		Software
		Firmware
		Client Configurations
Gather Victim Identity Information	有关身份的信息可能包括各种详细信息，如个人数据（员工姓名、电子邮件地址）以及凭证等敏感详细信息	Credentials
		Email Addresses
		Employee Names
Gather Victim Network Information	攻击者可能会收集有关受害者网络的信息，包括网络资源数据（如IP 范围、域名）以及有关其拓扑的细节	Domain Properties
		DNS
		Network Trust Dependencies
		Network Topology
		IP Addresses
		Network Security Appliances
Gather Victim Org Information	有关组织的信息可能包括各种详细信息，如部门的名称、业务运营的具体情况以及关键员工的角色和职责	Determine Physical Locations
		Business Relationships
		Identify Business Tempo
		Identify Roles
Phishing for Information	攻击者可能会发送网络钓鱼消息以获取可在定位过程中使用的敏感信息	Spearphishing Service
		Spearphishing Attachment
		Spearphishing Link
		Spearphishing Voice
Search Closed Sources^[19]	攻击者可能会通过情报商、暗网、黑市等途径购买受害者相关信息	Threat Intel Vendors
Search Closed Sources^[19]	攻击者可能会通过情报商、暗网、黑市等途径购买受害者相关信息	Purchase Technical Data
Search Open Technical Databases^[20]	攻击者可以通过搜索免费技术数据库，以获取域名、证书以及从流量或扫描中收集到的有关受害者的网络数据信息	DNS/Passive DNS
		WHOIS
		Digital Certificates
		CDNs
		Scan Databases
Search Open Websites/Domains^[21]	攻击者可以免费搜索可用的网站或域名，以获取有关受害者社交媒体、新网站或有关业务运营托管的信息	Social Media
		Search Engines
		Code Repositories
Search Victim-Owned Websites^[22]	攻击者可能会搜索受害者拥有的网站，以获取可在定位期间使用的信息	—

属性一级分类	属性二级分类	目标数据
外部扫描属性	攻击者可以执行主动侦察扫描来收集目标的各项信息，这些信息最有可能被攻击者使用，也最容易被获取
	从构建网络靶场的角度来说，能够被攻击者通过扫描得到的信息即为网络靶场最基本的属性集合
	IP block信息	IP地址范围
	IP block信息	活跃IP个数
	漏洞信息	已知漏洞及其CVE编号（如果有）
		漏洞影响范围（主机数量）
		漏洞的利用方式或可能的攻击场景（如sql注入等）
		已发布的补丁或解决方案（如果有）
	词表信息	用户名和密码列表（例如常见密码、默认凭证）
	词表信息	网站页面和目录
	端口信息	端口扫描结果（例如使用Nmap等工具扫描的端口开放情况）
		开放端口的服务识别（如识别出的HTTP、SSH、FTP等服务）
		每个主机上的端口使用情况（如哪些端口在监听、哪些端口已连接）
主机属性	攻击者可能会收集到有关目标网络主机的相关信息，这些信息的收集在攻击的各个阶段都有可能发生
	从靶场构建的仿真角度来说，主机属性信息也是一个对原始网络进行仿真时必不可少的参数
	硬件信息	路由器型号和制造商
		交换机型号和制造商
		堡垒机型号和制造商
		接入点（AP）型号和制造商
		服务器型号和制造商（如果有）
		设备数量和位置分布
		硬件配置（处理器、内存、存储）
	软件信息	软件安装信息
		路由器/交换机/防火墙配置信息（ACL、NAT、VLAN配置等）
		开启的服务（DHCP、DNS、Web服务器等）及其版本
		第三方软件（如安全软件、监控软件等）
	客户端配置	用户设备类型（笔记本电脑、智能手机、平板电脑等）
		操作系统及版本（Windows、macOS、iOS、Android等）
		安全软件（防病毒软件、防火墙等）及其版本
		用户权限（管理员、普通用户）
网络属性	攻击者可能会收集有关目标网络属性的相关信息，这些信息在武器投放、横向移动等环节起到关键作用
	从靶场构建的角度来说，网络属性决定着靶场结构间的连通性，也最终决定着靶场的拓扑和流量走向
	域名系统	DNS服务器的配置
		DNS区域和区域文件配置
		DNS解析的域名和IP地址映射关系
		DNS缓存设置和记录
	网络信任依赖	信任关系的设置（如果有多个域）
		权限委派设置（如委派给特定用户或组）
		跨域访问控制策略
	网络拓扑结构	子网划分和分布
		路由器和交换机拓扑
		虚拟专用网络（VPN）配置（如果有）
		网络分段和隔离配置
	主机数量	每个子网的主机数量统计
	主机数量	主机的角色（如服务器、工作站、打印机）
	网络安全设备	防火墙类型和配置（网络级防火墙）
		入侵检测系统（IDS）或入侵防御系统（IPS）配置
		网络访问控制列表（ACL）配置
		安全网关或代理服务器配置（如代理防火墙、网关防病毒）

References 22

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开源网络靶场搭建平台	SecDevOps@Cuse CyberRange^[3]	CyTrONE^[4]	Alpaca^[5]	Security Scenario Generator^[6]	Kathara^[7]
特点	开源的网络安全演习项目	自动生成训练场景的网络靶场搭建框架	根据用户偏好生成网安习题的动态网络靶场	可创建包含随机场景的开源靶场搭建软件	复杂网络模拟平台
构建方法	基于用户意图生成网络靶场	基于用户意图生成网络靶场	基于用户偏好推荐靶场试题	基于用户意图生成靶场并引入随机变量	基于用户命令行指令创建复杂网络拓扑

项目	时间开销和成本开销	总报价/美元	备注
靶场网络设计	2~3个月的专职人员工作时间	1.2万	—
场景设计与实现	总数约10个场景，每个场景开销为2~4万美元	20~40万	—
网络改造	2~4周	0.8万	适用于30个左右节点数量的中型网络
场景改造	每个外部专家花费1万美元，另需内部专家协助70~150 h	1万	适用于100个左右节点数量的大型网络
合计	3~6个月	23~43万	—

	维度	第一维度大小	第二维度大小	第三维度大小	是否存在重复信息	是否有具体属性建模	是否具备形式化表示能力
ATT&CK 模型	2	10	34	无	是	否	否
多维靶场属性刻画模型	3	3	12	43	否	是	是

AS号	网络地址	子网数量 /个	主机数量/个	路由器数量 /个	Web服务	包含漏洞	其他
AS151	10.151.0.0/24	1	11	1	是	http-vuln-cve2011-3192	网关部署WAF
AS152	10.152.0.0/24	1	10	1	—	—	—
AS153	10.153.0.0/24	1	10	1	是	http-vuln-cve2011-3192	—
AS199	10.199.0.0/24	1	21	1	—	—	—
AS200	10.200.0.0/21	5	21	3	—	—	—
AS201	10.201.0.0/24	1	1	1	—	—	DNS域名服务
AS202	10.202.0.0/24	1	1	1	—	—	DNS域名服务

	AS151	AS152	AS153	AS199	AS200	AS201	AS202
AS151	—	×	×	×	×	×	×
AS152	×	—	×	×	×	×	×
AS153	×	×	—	×	×	×	×
AS199	×	×	×	—	√	×	×
AS200	×	×	×	√	—	×	×
AS201	×	×	×	×	×	—	√
AS202	×	×	×	×	×	√	—