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计算安全科学:开启安全科学新时代、新范式、新方向

已有 1347 次阅读 2019-10-1 10:52 |系统分类:观点评述

计算安全科学:开启安全科学新时代、新范式、新方向

 

王秉|文

1.中南大学资源与安全工程学院,长沙:4100832.中南大学安全理论创新与促进研究中心,长沙:410083

 

据考证,安全科学(Safety & Security Science)作为一门专门的学科领域,正式诞生于20世纪70年代中期。特别是从20世纪80年代开始,安全科学得到了快速发展与广泛关注。经过近半个世纪的发展,安全科学已成为一门独立的新学科,为社会安全发展与科学技术进步做出了巨大贡献。在笔者看来,从学科的研究对象、研究范式、研究方法论与研究内容角度看,安全科学发展至今,先后经历了四大发展阶段,即“安全1.0——经验安全科学”、“安全2.0——技术安全科学”、“安全3.0——系统安全科学”与“安全4.0——计算安全科学(Computational Safety & Security Science)”。其中,计算社会科学是安全4.0开启的安全科学新时代、新范式与新方向,是当前和未来安全科学发展和研究的新天地、新热点与新天地。

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图 近代安全科学发展与演化阶段 

图选自:王秉,吴超.科学层面的安全管理信息化的三个关键问题思辨[J].情报杂志,2018,37(08):114-120.以及作者的博士论文“面向安全管理的安全信息学基础理论研究”

随着社会与科学技术的发展,新的安全问题、风险的出现,以及各类安全问题、风险的交织化和叠加化,近年来,安全科学研究与实践所面临的安全问题与体系越来越复杂,复杂巨系统安全问题与体系研究日趋重要。安全问题与体系的复杂性表现在多个方面,从低维转变到高维,从线性转变到非线性,从小型转变到宏大,从标量转变到矢量,这使传统的安全科学研究与实践方法之解析方法失去了原有的威力,已不敷应用,甚至无能为力。

幸运的是,近年来,随着安全科学的发展与计算机运算能力的不断提高,为复杂安全问题与体系的研究提供了新的手段。换言之,借助于计算机进行计算与模拟是研究复杂安全问题与体系的有效手段。正因如此,以安全这样一个典型的复杂问题与体系为研究对象的新学科——计算安全科学也应运而生,并逐渐得到发展。总之,复杂性是科学发展的必然结果,计算安全科学的产生和发展也是必然趋势,它开创了一个新的安全科学研究视野,它对一些复杂安全科学问题的有效分析、解释与解决,充分说明了计算安全科学的重要作用和理论、现实意义。

计算安全科学是计算××科学(如计算社会科学、计算传播学、计算医学、计算材料学与计算生物学等)学科发展大背景下的新的学科产物。在当今信息时代,特别是大数据时代,计算主义和数据主义在各个领域和不同学科中的广泛应用已经是一个不争的客观事实了,只不过理论研究工作把这种实践应用上升到学术层面存在一定的滞后性,但各个学科提出与此相关联的概念只是或早或晚的事情。与其他学科领域相比,计算安全科学作为一个新的学术概念提出的较晚。近年来,海量安全数据获取日益便易与计算、信息、数据技术的飞速发展推动了安全科学工作者利用计算思维来研究安全问题,从而催生了“计算安全科学”这一安全科学领域的新兴前沿方向。

计算安全科学以安全现象的可计算性为基础(计算安全科学强调可计算性在安全科学研究当中的作用),以人工智能、数据挖掘、机器学习、推荐算法等计算机、信息与数据技术为主要工具,通过大规模地跟踪、收集、挖掘、分析大量安全数据,来发现安全现象和安全现象背后更深刻的底层代码和基础模式,并分析这些安全模式的发生原因、运行机制、逻辑原理和最终效果。简言之,计算安全科学的中心课题是如何利用算法、大数据、云计算、区块链、人工智能等全新的技术工具来更好地解释安全现象、促进安全改善、优化安全促进方案和测量安全促进效果。由此可见,计算安全科学将安全科学研究与实践所针对的各类系统当作安全信息处理的组织,通过先进的计算方法对系统的安全问题与体系进行综合性的跨学科的研究。

计算安全科学,是安全科学与计算机科学、数据科学、数学、信息科学、情报科学、智能科学等多门学科的交叉学科,是一门正在快速兴起和发展的安全科学新领域。计算安全科学致力于寻找安全科学可计算化的基因,以安全数据分析、安全数据挖掘、数据科学等为主要分析工具,大规模地收集并分析各类安全数据,挖掘各类安全问题(如安全事件)背后的模式与规律,分析模式背后的生成机制与基本原理。计算安全科学不仅仅是一种现象和趋势,更重要的还在于它是探讨安全问题的新理论、新方法乃至新范式。计算安全科学为安全科学的研究和实践带来了全新的视角和范式,它丰富着安全科学的经典理论,重构着安全科学的学科知识,有助于培养安全科学的创新人才。

安全科学中的计算范式有着双重来源:实质性的(作为理论视角)与工具性的(作为一种研究范式和方法论)。安全科学工作者正在学习利用先进和日益强大的计算工具来超越传统的安全科学。因此,计算安全科学是一种由分析工具支持的,来推动发现新的安全科学研究领域。从严谨的安全科学研究方法角度来看,在过去半世纪里,自安全科学作为一门专门的学科领域诞生以来,安全科学已经发展了3种当代安全科学研究方法:安全统计学方法、安全数学方法与安全计算方法。使用这些研究方法主要是为了描述安全现象和归纳安全规律(安全统计学方法)、发展安全科学理论研究(安全数学方法)与模拟复杂系统安全问题(安全计算方法)。其中,安全统计学方法与安全数学方法是3种方法是传统的安全科学研究方法,安全计算方法是近年来才逐渐兴起的安全科学研究方法。

要促进计算安全科学发展,我们需加强计算安全科学基础理论研究,它主要涉及安全信息科学、安全情报学、安全大数据学、数据密集型安全科学研究范式、复杂系统安全建模、安全仿真模型与智慧安全管理等方面的前沿重要研究课题。同时,安全科学工作者在安全实践和学术研究过程中要清晰地把计算主义作为一种观念、范式、方法论与工具引入到安全科学领域,以更好地发挥计算安全科学的价值。此外,计算安全科学是一个典型的跨学科的研究领域,安全科学工作者应加强自身跨学科能力和跨学科合作交流。




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1 代恒伟

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