網(wǎng)絡(luò)空間測繪概念理解與分析

齊云菲　白利芳　唐剛　朱信銘

摘 要：網(wǎng)絡(luò)空間逐步成為人類生產(chǎn)活動的“第二類生存空間”，世界各國已紛紛大動作投入網(wǎng)絡(luò)空間建設(shè)，出臺網(wǎng)絡(luò)空間國家戰(zhàn)略以搶占制高點(diǎn)。地圖是描繪地理空間信息的重要載體，隨著互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，已成為面向位置服務(wù)的核心基礎(chǔ)。網(wǎng)絡(luò)空間亦需要類似地理空間地圖、可全面描述和展示網(wǎng)絡(luò)空間屬性和信息的“網(wǎng)絡(luò)地圖”。論文重點(diǎn)闡述了網(wǎng)絡(luò)空間測繪相關(guān)基本概念，并對其進(jìn)行了解讀分析；介紹了網(wǎng)絡(luò)空間測繪技術(shù)在各個(gè)層面的應(yīng)用，并對該技術(shù)的研究意義進(jìn)行了總結(jié)分析。

關(guān)鍵詞：地理空間；社會空間；網(wǎng)絡(luò)空間；網(wǎng)絡(luò)空間測繪；映射

中圖分類號：TP274+.2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

1 引言

網(wǎng)絡(luò)空間（Cyberspace）成為繼“陸、海、空、天”后的第五維空間，世界各國已紛紛大動作投入網(wǎng)絡(luò)空間建設(shè)，出臺網(wǎng)絡(luò)空間國家戰(zhàn)略，以搶占制高點(diǎn)。其前沿技術(shù)在國家政治、經(jīng)濟(jì)、軍事、文化、科研教育等社會系統(tǒng)的深入和發(fā)展，推動了新一輪信息技術(shù)和信息化革命，逐步成為人類生產(chǎn)活動的“第二類生存空間”[1]。

對網(wǎng)絡(luò)空間進(jìn)行實(shí)時(shí)全面的資源測量、狀態(tài)感知、高效管控和安全監(jiān)護(hù)等已刻不容緩。地圖是描繪地理空間信息的重要載體，隨著互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，其應(yīng)用越來越廣，已成為面向位置服務(wù)（LBS）的核心基礎(chǔ)。網(wǎng)絡(luò)空間亦需要類似地理空間地圖、可全面描述和展示網(wǎng)絡(luò)空間屬性和信息、又可體現(xiàn)社會因素影響的“網(wǎng)絡(luò)地圖”。

傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)測量技術(shù)只從網(wǎng)絡(luò)空間和地理空間的層面刻畫網(wǎng)絡(luò)空間地圖，其刻畫內(nèi)容不能全面刻畫網(wǎng)絡(luò)空間特性，比如社會特性。而網(wǎng)絡(luò)空間測繪技術(shù)將網(wǎng)絡(luò)空間、地理空間和社會空間進(jìn)行相互映射，將虛擬、動態(tài)的網(wǎng)絡(luò)空間測繪成一份動態(tài)、實(shí)時(shí)、可靠、有效的網(wǎng)絡(luò)空間全息地圖。

在網(wǎng)絡(luò)空間國家級對抗以成為常態(tài)的環(huán)境下，網(wǎng)絡(luò)空間測繪，為搶占網(wǎng)絡(luò)規(guī)則制定權(quán)、爭奪網(wǎng)絡(luò)空間戰(zhàn)略優(yōu)勢提供有價(jià)值的戰(zhàn)略情報(bào)信息，成為國家安全防御、空間治理、戰(zhàn)略威懾、網(wǎng)絡(luò)外交等網(wǎng)絡(luò)空間戰(zhàn)略建設(shè)和發(fā)展需求的一項(xiàng)極為重要的先行工作。

2基本概念

2.1 地理空間

地理空間[2]是物質(zhì)、能量、信息的數(shù)量及行為在地理范疇中的廣延性存在形式，特指形態(tài)、結(jié)構(gòu)、過程、關(guān)系、功能的分布方式和分布格局同時(shí)在“暫時(shí)”時(shí)間的延續(xù)（抽象意義上的靜止態(tài)）所表達(dá)出的“斷片圖景”。

地理空間中存在著復(fù)雜的空間事物或現(xiàn)象，它們可能是物質(zhì)的或非物質(zhì)的，如山脈、水系、土地類型、城市分布、資源分布、道路網(wǎng)絡(luò)、環(huán)境變遷等，這些空間事物或現(xiàn)象代表了現(xiàn)實(shí)世界。

2.2 社會空間

地理學(xué)家約翰斯頓將社會空間定義為“社會群體感知和利用的空間”，在該空間中能夠反映出社會群體的價(jià)值觀、偏好和追求等。社會空間是社會活動和社會組織所占據(jù)的空間，包括居住空間、行為空間和感應(yīng)空間等，按照空間等級又可分為鄰里、社區(qū)和社會區(qū)等。從地理學(xué)的觀點(diǎn)來看，社會空間與社會學(xué)的主客觀社會空間意義相似，但有明顯的地域意義。

2.3 網(wǎng)絡(luò)空間

“網(wǎng)絡(luò)空間”的概念最早與1984年被威廉·吉布森在美國科幻小說《神經(jīng)漫游者》中提出，被描述為通過計(jì)算機(jī)設(shè)備進(jìn)入的數(shù)據(jù)庫空間。此后，不同研究領(lǐng)域的國內(nèi)外學(xué)者對網(wǎng)絡(luò)空間概念進(jìn)行了研究和闡述，目前已有定義可概括為兩類[1]：

（1）強(qiáng)調(diào)網(wǎng)絡(luò)空間的物質(zhì)屬性，認(rèn)為網(wǎng)絡(luò)空間依存于軟硬件設(shè)施等物質(zhì)基礎(chǔ)，是互聯(lián)網(wǎng)與萬維網(wǎng)的近似概念；

（2）強(qiáng)調(diào)網(wǎng)絡(luò)空間的社會屬性，認(rèn)為網(wǎng)絡(luò)空間是人基于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)操作與社交行為活動，再現(xiàn)空間感和社會認(rèn)知的虛擬空間。

方濱興院士[3]全面、系統(tǒng)地對網(wǎng)絡(luò)空間的組成要素進(jìn)行概括描述，分為載體、信息、主體和操作四種類型，其中載體是網(wǎng)絡(luò)空間的軟硬件設(shè)施；信息是在網(wǎng)絡(luò)空間中流轉(zhuǎn)的數(shù)據(jù)內(nèi)容，包括人類及機(jī)器能夠理解、識別和處理的信號狀態(tài)；主體是互聯(lián)網(wǎng)用戶，包括傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)中的人類用戶以及未來物聯(lián)網(wǎng)中的機(jī)器和設(shè)備用戶；操作是對信息的創(chuàng)造、存儲、改變、使用、傳輸展示等活動，其中“載體”和“信息”在技術(shù)層面反映出“賽博（Cyber）”的屬性，而“主體”和“操作”是在社會層面反映出“空間（Space）”的屬性，從而形成網(wǎng)絡(luò)空間。

綜上，網(wǎng)絡(luò)空間被定義為構(gòu)建在信息通信技術(shù)基礎(chǔ)設(shè)施之上的人造空間，用以支撐人們在該空間中開展各類信息通信技術(shù)相關(guān)的活動。其中，信息通信技術(shù)基礎(chǔ)設(shè)施包括互聯(lián)網(wǎng)、各種通信系統(tǒng)與電信網(wǎng)、各種傳播系統(tǒng)與廣電網(wǎng)、各種計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、各類關(guān)鍵工業(yè)設(shè)施中的嵌入式處理器和控制器。

信息通信技術(shù)活動包括人們對信息的創(chuàng)造、保存、改變、傳輸、使用、展示等操作過程，及其所帶來的對政治、經(jīng)濟(jì)、文化、社會、軍事等方面的影響”[3]。

2.4 網(wǎng)絡(luò)空間測繪

“網(wǎng)絡(luò)空間測繪”是近幾年出現(xiàn)的新概念，尚未有公開文獻(xiàn)對其進(jìn)行權(quán)威定義。但網(wǎng)絡(luò)空間和地理空間在20世紀(jì)90年代互聯(lián)網(wǎng)（World Wide Web，WWW）誕生就發(fā)生了碰撞，即關(guān)于網(wǎng)絡(luò)空間的興起對傳統(tǒng)地理空間研究帶來的機(jī)遇和挑戰(zhàn)的討論[2]，從此地理領(lǐng)域和網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域的專家開始關(guān)注兩個(gè)空間的融合問題。

“測繪”的概念最初源于地理測繪學(xué)是指“對自然地理要素或者地表人工設(shè)施的形狀、大小、空間位置及其屬性等進(jìn)行測定、采集和繪制”。地理測繪的概念包括了“測量”和“制圖”兩項(xiàng)主要內(nèi)容。

相對于地理空間測繪，網(wǎng)絡(luò)空間測繪同樣需要對網(wǎng)絡(luò)空間的組成要素及其屬性進(jìn)行“測量”和“制圖”。值得關(guān)注的是網(wǎng)絡(luò)空間具有社會屬性，且其物理屬性又包含地理屬性，即網(wǎng)絡(luò)空間中的通信技術(shù)基礎(chǔ)設(shè)施與地理空間中的基礎(chǔ)設(shè)施存在一定的映射關(guān)系，所以網(wǎng)絡(luò)空間測繪將網(wǎng)絡(luò)空間、地理空間和社會空間進(jìn)行相互映射，測繪成一份動態(tài)、實(shí)時(shí)、可靠、有效的網(wǎng)絡(luò)空間全息地圖。

目前，國內(nèi)研究主要從狹義和廣義兩個(gè)角度分別闡述網(wǎng)絡(luò)空間測繪的基本內(nèi)涵[4]。從狹義上講，網(wǎng)絡(luò)空間測繪主要指在互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下，利用網(wǎng)絡(luò)探測、采集或挖掘等技術(shù)，獲取網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等實(shí)體資源、用戶和服務(wù)等虛擬資源的網(wǎng)絡(luò)屬性，通過設(shè)計(jì)有效的定位算法和關(guān)聯(lián)分析方法，將實(shí)體資源映射到地理空間，將虛擬資源映射到社會空間，并將探測結(jié)果和映射結(jié)果繪制出來。

從廣義上講，網(wǎng)絡(luò)空間測繪的研究范圍包括互聯(lián)網(wǎng)、電信網(wǎng)、工業(yè)控制網(wǎng)等各種類型的網(wǎng)絡(luò)，研究對象除互聯(lián)網(wǎng)資源外，還包括其他各種網(wǎng)絡(luò)上的資源。

總結(jié)而言，網(wǎng)絡(luò)空間測繪即對網(wǎng)絡(luò)空間中的各類虛實(shí)資源及其屬性進(jìn)行測量、分析和繪制的全過程。此處，網(wǎng)絡(luò)空間的四大組成要素被統(tǒng)稱為虛實(shí)資源及其屬性。

3 概念理解與分析

綜上分析，社會空間有著明顯的地域意義，網(wǎng)絡(luò)空間有著社會屬性，其物理屬性又包含地理屬性，三者之間存在著一定的映射關(guān)系，而如何直觀地認(rèn)識、理解、分析、挖掘三者之間關(guān)系，首先想到的就是測量它、繪制它。由此網(wǎng)絡(luò)空間測繪技術(shù)分為探測層、映射層和繪制層[1，4]。

3.1 探測層

探測層的主要任務(wù)是網(wǎng)絡(luò)空間資源測量是網(wǎng)絡(luò)空間測繪的基礎(chǔ)，其測量結(jié)果為映射層提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

探測對象即上文提到的網(wǎng)絡(luò)空間虛實(shí)資源及其屬性。實(shí)體資源探測包括軟硬件設(shè)施探測、IP探測、拓?fù)涮綔y[5]（IP接口級、路由級、POP級、AS級）等；虛擬資源探測包括人類用戶探測、機(jī)器和設(shè)備用戶探測、服務(wù)探測（服務(wù)協(xié)議、功能、狀態(tài)、提供者和使用者、性能）等；屬性包括資源各自的基礎(chǔ)屬性及外延關(guān)系（如通聯(lián)、隸屬、主客等關(guān)系）[1]。

探測技術(shù)[1，4]主要分為實(shí)體資源探測技術(shù)和虛擬資源探測技術(shù)。實(shí)體資源探測技術(shù)主要是網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)技術(shù)[5]和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備組件識別技術(shù)。虛擬資源探測技術(shù)主要是基于內(nèi)容格式（文本、圖像、音頻、視頻等）的探測技術(shù)，基于話題的探測技術(shù)，基于服務(wù)指紋的探測技術(shù)等，其中涉及爬蟲技術(shù)、關(guān)聯(lián)分析、聚類分析、數(shù)據(jù)挖掘等相關(guān)技術(shù)。

3.2 映射層

映射層是利用探測層提供的相關(guān)數(shù)據(jù)，將網(wǎng)絡(luò)實(shí)體資源映射到地理空間，網(wǎng)絡(luò)虛擬資源映射到社會空間。

實(shí)體資源向地理空間映射技術(shù)主要包括地標(biāo)挖掘與采集技術(shù)、目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)分析技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)實(shí)體定位技術(shù)等[4]。地標(biāo)是實(shí)現(xiàn)將網(wǎng)絡(luò)實(shí)體映射到地理位置的基準(zhǔn)點(diǎn)，同時(shí)也可驗(yàn)證定位算法的有效性，而網(wǎng)絡(luò)實(shí)體的定位目前主要基于對外提供查詢接口的數(shù)據(jù)庫查詢，或基于具有相關(guān)信息的網(wǎng)站和應(yīng)用數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)挖掘，或基于網(wǎng)絡(luò)測量數(shù)據(jù)估計(jì)地理信息。

虛擬資源向社會空間映射技術(shù)主要實(shí)現(xiàn)將網(wǎng)絡(luò)社會成員及其屬性映射到現(xiàn)實(shí)社會空間。某個(gè)社會成員及自身屬性即為一個(gè)“點(diǎn)”，需要對其進(jìn)行畫像，即涉及到虛擬人畫像技術(shù)；社會成員之間的關(guān)系（地理關(guān)系、提供或使用的服務(wù)間關(guān)系、其他共性特征等）即形成一個(gè)“網(wǎng)”，涉及到虛擬群體關(guān)系挖掘、軌跡模式發(fā)現(xiàn)等技術(shù)。

3.3 繪制層

繪制層在探測層結(jié)果和映射層結(jié)果的基礎(chǔ)上，將多維的網(wǎng)絡(luò)空間虛實(shí)資源及其屬性投影到一個(gè)低維的可視化空間，構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)空間的分層次、可變粒度的網(wǎng)絡(luò)地圖，實(shí)現(xiàn)對多變量時(shí)變型網(wǎng)絡(luò)資源的可視化[6]。

首先，為了對網(wǎng)絡(luò)空間的各要素進(jìn)行統(tǒng)一描述和有效應(yīng)用，應(yīng)有統(tǒng)一的可視化符號來表達(dá)[7]；為了與地理空間基準(zhǔn)進(jìn)行精準(zhǔn)、高效的對接，且由于網(wǎng)絡(luò)空間各要素與時(shí)間和空間上的密切關(guān)系，還應(yīng)建立網(wǎng)絡(luò)空間時(shí)空基準(zhǔn)。此外，地理空間和網(wǎng)絡(luò)空間數(shù)據(jù)的同化、融合同樣對繪制層提出迫切需求。

繪制層在內(nèi)容上主要包括邏輯圖繪制和地理信息圖繪制[4]。邏輯圖繪制主要是利用低維空間布局方法對網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D和網(wǎng)絡(luò)空間服務(wù)可視化。地理信息圖繪制技術(shù)實(shí)現(xiàn)基于傳統(tǒng)的地理測繪相關(guān)技術(shù)，以及多元異構(gòu)數(shù)據(jù)的同化與融合技術(shù)、集成可視化技術(shù)、人機(jī)交互技術(shù)等，直觀上仿佛是在高精度、多尺度的地圖上疊加了網(wǎng)絡(luò)空間探測和映射的成果。

4 應(yīng)用

本章節(jié)將從不同層面的個(gè)別應(yīng)用案例出發(fā)，來體現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)空間測繪技術(shù)的應(yīng)用場景及其意義。

國家層面，為了應(yīng)對局勢變化，展現(xiàn)其大國威懾，美國于2012年推出了兩個(gè)重量級的計(jì)劃：美國國防部“X計(jì)劃”[8]，旨在為網(wǎng)絡(luò)作戰(zhàn)部隊(duì)快速描繪戰(zhàn)場網(wǎng)絡(luò)態(tài)勢圖，并輔助生成作戰(zhàn)計(jì)劃，提高網(wǎng)絡(luò)作戰(zhàn)能力；美國國家安全局和英國國家通信總局“藏寶圖（Treasure Map）計(jì)劃” [9]，旨在對國際空間維度信息的主動探測，繪制全球互聯(lián)網(wǎng)地圖，從而形成大規(guī)模情報(bào)生產(chǎn)能力，其用戶包括美國、英國、加拿大、澳大利亞、新西蘭及全球聯(lián)合情報(bào)交流系統(tǒng)的相關(guān)用戶。

監(jiān)管部門層面，美國國土局“SHINE計(jì)劃”[10]，旨在監(jiān)測本土關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)設(shè)備及組件的安全狀態(tài)，建立美國本土網(wǎng)絡(luò)空間關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施信息數(shù)據(jù)庫。

企業(yè)層面，在國內(nèi)，知道創(chuàng)宇公司的Zoomeye對全球某些地區(qū)的路由設(shè)備、工業(yè)聯(lián)網(wǎng)設(shè)備、物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備以及攝像頭等基礎(chǔ)設(shè)施基于網(wǎng)站組建指紋、主機(jī)設(shè)備指紋進(jìn)行探測；華順信安FOEYE在全面網(wǎng)絡(luò)資產(chǎn)測繪基礎(chǔ)上，重新定義了風(fēng)險(xiǎn)識別、網(wǎng)絡(luò)安全事件處置的模式。

個(gè)人層面，2009年黑客大會DEFCON會上，Matherly發(fā)布了一款名為“Shodan”的搜索引擎。它通過掃描全網(wǎng)設(shè)備并抓取解析各個(gè)設(shè)備返回的Banner信息，時(shí)刻搜集著所有和互聯(lián)網(wǎng)關(guān)聯(lián)的服務(wù)器、攝像頭、打印機(jī)、路由器等設(shè)備，搜集的信息具體到設(shè)備的IP、開放的端口及服務(wù)、所屬國家、所屬單位、中間件名稱及版本、地理位置、默認(rèn)用戶名及口令等，被稱為“互聯(lián)網(wǎng)上最可怕的搜索引擎”。

5 結(jié)束語

網(wǎng)絡(luò)空間資源測繪技術(shù)已應(yīng)用到國家網(wǎng)絡(luò)和信息化的戰(zhàn)略層，尤其是在各國爭奪網(wǎng)絡(luò)空間話語權(quán)上，能協(xié)助各國知己知彼的一張網(wǎng)絡(luò)空間全息地圖尤為重要；而對于各個(gè)國家或組織的監(jiān)管部門，網(wǎng)絡(luò)資源測繪技術(shù)是其對管轄范圍資產(chǎn)及其屬性和狀態(tài)摸底、行業(yè)或?qū)俚匕踩u估及態(tài)勢感知、打擊反欺詐和網(wǎng)絡(luò)黑灰產(chǎn)等動作的重要手段。

對于企業(yè)，除了資產(chǎn)摸底及安全防護(hù)上的作用，還可以利用網(wǎng)絡(luò)空間全息地圖去做特定用戶、特定服務(wù)、特定區(qū)域開展針對性的商業(yè)活動，比如廣告投入、服務(wù)推薦等；而對于個(gè)人，作為網(wǎng)絡(luò)空間中的一個(gè)個(gè)體，必定隸屬于上面某個(gè)層面，通過網(wǎng)絡(luò)空間全息地圖直觀、全面地去觀察、獲取、利用一些資源或信息去開展相關(guān)工作是非常便利的，甚至可以反過來推動網(wǎng)絡(luò)空間測繪技術(shù)的發(fā)展。

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