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![網(wǎng)絡(luò)病毒傳播規(guī)律及控制策略研究.pdf_第1頁](https://static.zsdocx.com/FlexPaper/FileRoot/2019-3/14/17/4f544b1b-00ff-444f-8e0d-fb656197ba04/4f544b1b-00ff-444f-8e0d-fb656197ba041.gif)
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文檔簡介
1、所謂網(wǎng)絡(luò)病毒,就是能夠通過互聯(lián)網(wǎng)進行傳播的惡意程序?;ヂ?lián)網(wǎng)作為一柄雙刃劍,在極大提高工作效率和改善生活質(zhì)量的同時,也成為了病毒肆虐的天堂。長期以來,網(wǎng)絡(luò)病毒一直是人類的噩夢,業(yè)已造成了巨大的經(jīng)濟損失,產(chǎn)生了巨大的負(fù)面影響。隨著移動互聯(lián)網(wǎng)時代和物聯(lián)網(wǎng)時代的來臨,病毒的危害性正變得越來越大,甚至?xí)<叭说纳?。以較小的代價,盡可能減少網(wǎng)絡(luò)病毒所造成的損失,這是人類所面臨的一項極具挑戰(zhàn)性的研究課題,其解決方案能夠有效地凈化互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境,具有巨大
2、的商業(yè)價值。
病毒補丁是網(wǎng)絡(luò)病毒的天敵,能夠有效查殺單臺智能設(shè)備(簡稱節(jié)點)中的已知病毒。然而,僅僅依靠補丁的威力來遏制病毒是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的,持續(xù)進化的新病毒能夠巧妙地規(guī)避舊補丁的檢測,而新補丁的發(fā)布明顯滯后于新病毒的出現(xiàn)。為了能夠有效抑制網(wǎng)絡(luò)病毒的傳播,就必須同時采用技術(shù)手段、素質(zhì)提升、行業(yè)自律、網(wǎng)絡(luò)立法等多項措施,進行綜合治理。
網(wǎng)絡(luò)病毒傳播動力學(xué)的宗旨,就是通過充分考慮影響病毒傳播的主要因素(特別是反制措施對病毒傳
3、播的抑制作用),建立能夠準(zhǔn)確刻畫病毒傳播規(guī)則的動力學(xué)模型;通過深入的模型分析,充分了解病毒的傳播規(guī)律,準(zhǔn)確評測各種反制措施的成本和有效性;據(jù)此制定低成本、高效率的病毒遏制策略。
本學(xué)位論文致力于探索網(wǎng)絡(luò)病毒傳播規(guī)律,評測網(wǎng)絡(luò)病毒控制策略。研究工作取得了下列成果。
?、倩诰鶆蚧旌暇W(wǎng)絡(luò)的SLBS模型
所謂破壞性病毒,就是以破壞為目的的網(wǎng)絡(luò)病毒。破壞性病毒為了強化破壞效果,在實施破壞之前通常都有一段潛伏期,以便感
4、染更多的節(jié)點。本文首次研究了破壞性病毒的傳播規(guī)律(相關(guān)的病毒傳播模型統(tǒng)稱為SLBS模型)。
首先,在無外部感染源的情況下,提出了一組兩個基于均勻混合網(wǎng)絡(luò)的SLBS模型。研究表明:對于任何一個模型而言,當(dāng)基本再生數(shù)跨越1時,原本全局穩(wěn)定的無毒平衡點失穩(wěn),同時涌現(xiàn)出一個幾乎全局穩(wěn)定的有毒平衡點。因此,病毒是趨于滅絕還是持久存在,這取決于基本再生數(shù)是小于1還是大于1。
其次,在有外部感染源的情況下,提出了一組四個基于均勻混
5、合網(wǎng)絡(luò)的SLBS模型,其中的第四個模型去掉了“感染速率隨染毒節(jié)點數(shù)線性增長”的理想化假設(shè),考慮了一大類非線性感染速率。研究表明:對于任何一個模型而言,均存在全局穩(wěn)定的有毒平衡點。因此,病毒會在網(wǎng)絡(luò)中持久存在。
根據(jù)上述研究成果,可以通過調(diào)節(jié)模型參數(shù),有效遏制病毒傳播。
?、诨诰鶆蚧旌暇W(wǎng)絡(luò)的SIPS模型
過去已有的模型均假設(shè)網(wǎng)絡(luò)中有一個中心節(jié)點負(fù)責(zé)將補丁直接分配給所有在線節(jié)點。在現(xiàn)實中,由于每個節(jié)點的端口流量
6、都會受到限制,這種中心式補丁分配策略是行不通的,只能采用分布式補丁分配策略,每個收到補丁的節(jié)點負(fù)責(zé)將補丁轉(zhuǎn)發(fā)給相鄰節(jié)點。本文首次研究了網(wǎng)絡(luò)病毒在分布式補丁分配策略下的傳播規(guī)律(相關(guān)的病毒傳播模型統(tǒng)稱為SIPS模型)。
首先,在有染毒移動存儲介質(zhì)的情況下,提出了一個基于均勻混合網(wǎng)絡(luò)的SIPS模型。研究表明:當(dāng)分岔參數(shù)跨越臨界值時,一個原本全局穩(wěn)定的有毒平衡點失穩(wěn),同時涌現(xiàn)出另一個幾乎全局穩(wěn)定的有毒平衡點。因此,病毒會在網(wǎng)絡(luò)中持久
7、存在。
其次,在既有染毒移動存儲介質(zhì)又有線下染毒節(jié)點的情況下,提出了一個基于均勻混合網(wǎng)絡(luò)的SIPS模型。研究表明:該模型始終存在全局穩(wěn)定的有毒平衡點。因此,病毒會在網(wǎng)絡(luò)中持久存在。
根據(jù)上述研究成果,可以通過調(diào)節(jié)模型參數(shù),有效遏制病毒傳播。
?、刍跓o標(biāo)度網(wǎng)絡(luò)的病毒傳播模型
所謂無標(biāo)度網(wǎng)絡(luò),就是節(jié)點度服從冪律分布的網(wǎng)絡(luò)?;ヂ?lián)網(wǎng)、萬維網(wǎng)都是近似的無標(biāo)度網(wǎng)絡(luò)。本文研究了網(wǎng)絡(luò)病毒在無標(biāo)度網(wǎng)絡(luò)上的傳播規(guī)律。
8、
首先,在無外部感染源的情況下,提出了一個基于無標(biāo)度網(wǎng)絡(luò)的SLBS模型,分別給出了破壞性病毒趨于滅絕或者持久存在的判據(jù)。
其次,在有染毒移動存儲介質(zhì)的情況下,提出了一個基于無標(biāo)度網(wǎng)絡(luò)的SLBS模型,給出了有毒平衡點全局穩(wěn)定的判據(jù)。
最后,提出了一個基于約化無標(biāo)度網(wǎng)絡(luò)的SIS模型。研究表明:該模型始終存在全局穩(wěn)定的有毒平衡點。因此,病毒會在網(wǎng)絡(luò)中持久存在。
根據(jù)上述研究成果,可以通過調(diào)節(jié)模型參數(shù)或者
9、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),有效遏制病毒傳播。
④節(jié)點級病毒傳播模型
在移動互聯(lián)網(wǎng)時代,網(wǎng)絡(luò)是動態(tài)變化的,因此無法通過技術(shù)手段了解其結(jié)構(gòu)。本文研究了病毒在任意網(wǎng)絡(luò)上的傳播規(guī)律。
首先,研究了破壞性病毒在任意網(wǎng)絡(luò)上的傳播規(guī)律,提出了一個節(jié)點級SLBS模型。研究表明:病毒是趨于滅絕還是持久存在,這完全取決于網(wǎng)絡(luò)的鄰接矩陣的最大特征值是小于臨界值還是大于臨界值。
其次,研究了病毒在分布式補丁分配策略下,在任意網(wǎng)絡(luò)上的傳播
10、規(guī)律,提出了一個節(jié)點級SIPS模型。研究表明:病毒是趨于滅絕還是持久存在,這完全取決于一個與網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)有關(guān)的矩陣的最大特征值是小于臨界值還是大于臨界值。
最后,研究了病毒在中心式補丁分配策略下,在任意異質(zhì)網(wǎng)絡(luò)上的傳播規(guī)律,提出了一個異質(zhì)節(jié)點級SIRS模型。在這里,異質(zhì)指的是每個節(jié)點有自己的個性化參數(shù)。研究表明:病毒是趨于滅絕還是持久存在,這完全取決于一個與網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)有關(guān)的矩陣的最大特征值是小于臨界值還是大于臨界值。
根據(jù)
11、上述研究成果,可以通過調(diào)整網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),有效遏制病毒傳播。
?、菝}沖SIRS模型
考慮到新補丁可以在很短的時間內(nèi)治愈一大批染毒節(jié)點,提出了一個脈沖SIRS模型。研究表明:當(dāng)基本再生數(shù)跨越1時,原本全局穩(wěn)定的無毒周期解失穩(wěn),同時涌現(xiàn)出一個漸近穩(wěn)定的有毒周期解。這表明:病毒是趨于滅絕還是持久存在,這完全取決于基本再生數(shù)是小于1還是大于1。根據(jù)上述研究成果,可以通過縮短補丁研發(fā)周期,有效遏制病毒傳播。
?、薏《究刂撇呗?
12、br> 本文研究了如何以較小的代價,盡量減小網(wǎng)絡(luò)病毒所造成的損失。
首先,提出了一個基于可控的異質(zhì)節(jié)點級SIRS模型和二次目標(biāo)泛函的最優(yōu)控制問題,證明了最優(yōu)控制的存在性,求得了最優(yōu)性系統(tǒng),并給出了若干數(shù)值算例。
其次,將補丁分配網(wǎng)絡(luò)和病毒傳播網(wǎng)絡(luò)區(qū)分開來,提出了一個基于可控的異質(zhì)節(jié)點級SIPS模型和類屬目標(biāo)泛函的最優(yōu)控制問題。在某些情況下確定了最優(yōu)控制的結(jié)構(gòu)特征,并給出了若干數(shù)值算例。
上述研究成果表明,
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