### 基于运行时验证的边缘服务器DoS攻击检测方法
#### 一、边缘计算系统概述
边缘计算是一种分布式计算范式，旨在通过利用靠近数据源或用户的边缘设备（如路由器、网关等）来处理数据和服务请求，从而减少延迟、节省带宽并改善用户体验。这种计算模式在物联网（IoT）、工业自动化、自动驾驶等领域有广泛应用。
**特点**：
- **位置优势**：边缘服务器通常部署在网络边缘，接近用户和数据源。
- **异构性**：边缘设备多样，不同地理位置和硬件配置导致异构性高。
- **资源受限**：相比于云端，边缘设备的计算和存储资源有限。
- **安全性挑战**：边缘设备易于物理访问，面临更多安全威胁。
#### 二、边缘服务器的挑战
边缘服务器因其独特的位置和功能，在边缘计算中扮演着关键角色，但也面临着多重挑战：
1. **复杂网络环境**：边缘服务器通常位于网络边缘，面临更为复杂的网络环境。
2. **分布式特性**：地理分布式的特性使得安全防护难以集中管理。
3. **设备多样性**：每个边缘服务器的配置不同，增加了安全策略实施的难度。
4. **资源限制**：受限于计算能力和存储空间，难以实现全面的安全防御措施。
#### 三、DoS攻击及其威胁
拒绝服务（DoS）攻击是指攻击者通过大量无效数据包消耗目标服务器的资源，导致合法用户无法正常使用服务。边缘计算系统中DoS攻击的影响尤为严重：
- **通信链路堵塞**：大量无效数据可能导致通信链路拥塞。
- **资源耗尽**：服务器资源被恶意消耗，无法为正常请求提供服务。
- **业务中断**：边缘服务器故障直接影响业务流程，可能导致服务中断。
#### 四、入侵检测技术
入侵检测系统（IDS）是监测网络活动中潜在威胁的关键技术。主要分为两种类型：
1. **异常检测**：基于正常行为的模型，将偏离正常行为的事件视为攻击。
2. **误用检测**：依赖于已知攻击特征库，匹配实时流量中的攻击行为。
#### 五、基于运行时验证的DoS攻击检测方法
为了解决边缘计算环境中边缘服务器的安全问题，本研究提出了一种基于运行时验证的DoS攻击检测方法：
1. **运行时验证原理**：运行时验证是一种轻量级的形式化验证方法，通过监视和分析系统的执行情况来确保其符合预定义的逻辑属性。
2. **命题投影时序逻辑（PPTL）**：结合了误用检测和异常检测的优点，使用PPTL公式描述系统正常状态和DoS攻击的行为特征。
3. **性质描述**：
- **正常行为**：基于UML顺序图，使用PPTL公式描述系统正常状态下的行为。
- **攻击行为**：使用PPTL公式描述Smurf攻击、SYN Flood攻击以及Land攻击等典型DoS攻击的行为特征。
4. **并行验证**：在边缘服务器上部署PPTL公式的运行时验证方法，利用多线程技术提高验证效率。
5. **检测机制**：实时收集系统信息，通过验证性质来检测异常行为和DoS攻击。
#### 六、实验验证
通过性能对比实验验证了该方法的有效性，同时对一个基于边缘计算的实际P2P网络智能停车系统进行了模拟DoS攻击和检测实验，结果表明所提方法能有效地检测边缘服务器的异常行为和所受的DoS攻击。
#### 七、结论
本研究提出的基于运行时验证的边缘服务器DoS攻击检测方法，充分利用了边缘服务器的计算资源，并通过并行化的PPTL运行时验证方法提高了检测效率。这种方法不仅能够检测到边缘服务器上的异常行为，还能准确识别特定类型的DoS攻击，为边缘计算系统的安全防护提供了有力的支持。
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