伴随着网络及计算机技术的迅猛发展,网络空间安全问题日益严峻。美国、日本、英国和欧盟各国政府以及有影响力的组织陆续开展以网络攻防演练和网络新技术验证为目标的网络空间靶场的建设。通过模拟真实的网络行为来构建网络场景以支持在靶场中开展各项活动,是网络空间靶场不可缺少的功能。网络中的人和设备的复杂交互给网络行为模拟在规模和逼真程度等方面带来诸多挑战。本文在总结相关研究的基础上,基于网络行为中的交互角色,提出了HC-S网络行为模型,对面向业务和攻击场景的流量行为、用户应用行为的模拟算法进行了深入研究。本论文的研究成果对网络空间靶场的网络真实场景模拟具有重要意义。本文主要从以下几个方面展开研究:第一、考虑到真实的网络流量在网络空间靶场资源受限环境下流量回放问题,以实现真实的网络流量在指定数量的主机上回放为目标,研究多节点交互式网络流量回放算法,实现网络背景流量模拟。首先,研究原始网络与回放网络的IP映射算法,实现在目标网络中保持原有网络节点的交互关系;其次,针对回放的网络流量大小不均衡的问题,研究基于Multi-Way Number Partitioning的流量聚合算法,实现网络流量在各个主机上的均衡分配;再者,为降低回放过程中的包延迟,研究低延迟流量回放算法,实现了目标网络中的多节点的交互回放。最后,研究基于流量回放相似性的计算方法来评估背景流量模拟的相似性。第二、在群体用户行为模拟方面,基于已有的社交网络研究成果,研究社交网络的构建算法,实现虚拟社交关系的模拟;在此基础上研究基于传染病模型的消息传播机制来驱动个体用户的网络行为模拟,使模拟出的群体用户网络行为符合人类行为动力学规律。针对群体用户的网络行为无法直接获取和分析的问题,研究基于网络流量内容的群体用户行为计算方法,通过分析用户的HTML文件的title标签,实现群体用户的Web行为主题计算。第三、针对目前的个体用户行为模拟方法单一,不能模拟出用户应用行为过程的问题,提出宏观、中观和微观三个层次的用户行为模拟算法。在宏观行为模拟方面,研究用户应用行为序列生成算法;在中观行为模拟上,研究用户对单个应用的使用行为模拟;在微观行为模拟上,研究基于匹配—拟合模型的用户鼠标行为模拟算法,使用基于动力学的鼠标身份认证的准确率来评估鼠标行为模拟的相似性。实现从宏观到中观再到微观的用户行为模拟。最后,研究面向基于虚拟化技术构建的网络空间靶场的网络行为模拟系统架构,在Open Stack下实现网络行为模拟系统。以靶场中的某次攻防演练为例,对假定的网络场景进行模拟,即,基于多节点交互式网络流量回放和软件发包器等方式实现网络背景流量模拟;基于群体用户行为模拟和多种网络协议的模拟,实现网络前景流量模拟;通过细粒度的个体用户操作行为模拟和基于用户行为的录制—拼接—回放,实现网络靶标模拟。通过在实际应用中的测试表明,本文设计的网络行为模拟系统实现研究目标。