随着信息和通信技术的飞速发展,越来越多以执行特定功能为目标的系统开始建立在信息网络上,构成具有分层网络结构的功能系统,其主要特点是系统的功能执行与通信交流通过不同的网络进行。这类分层网络系统在工业、军事以及其他民用行业得到了广泛的应用,但同时其网络安全问题也成为研究者们关注的重点。本文将分层网络系统建模为逻辑-物理双层网络,其中逻辑层描述系统的功能执行流程,物理层描述系统的通信连接关系。本文提出逻辑-物理双层网络阻断博弈问题,在此博弈中,进攻方试图以最小代价完成逻辑层网络上的一条通路,以达成其攻击目的;防守方则在给定的阻断资源限制下,在物理层网络中部署阻断策略,以阻碍进攻方的行动。根据具体的博弈条件,本文首先对逻辑-物理双层网络最短路阻断问题展开研究,提出了其建模方法和基于本德斯分解的算法框架。在此基础上,本文重构模型,提出层级映射算法和随机搜索算法,对基础算法框架进行改进,加快收敛速度。更进一步地,本文扩展了阻断层,研究逻辑-物理双层网络最短路复合阻断问题,并证明了改进后的分解算法对于复合阻断情况依然适用。此外,本文研究了以最小化攻占代价为攻击者问题的逻辑-物理双层网络最小斯坦纳树阻断问题,提出其双层整数规划模型和分解算法。最后,本文在仿真网络和实网数据上对算法进行了测试,实验结果验证了本文所提出方法的正确性和有效性。