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多操作系統(tǒng)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的病毒傳播模型和安全性能優(yōu)化策略

王剛 馮云 陸世偉 馬潤年

王剛, 馮云, 陸世偉, 馬潤年. 多操作系統(tǒng)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的病毒傳播模型和安全性能優(yōu)化策略[J]. 電子與信息學(xué)報(bào), 2020, 42(4): 972-980. doi: 10.11999/JEIT190360
引用本文: 王剛, 馮云, 陸世偉, 馬潤年. 多操作系統(tǒng)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的病毒傳播模型和安全性能優(yōu)化策略[J]. 電子與信息學(xué)報(bào), 2020, 42(4): 972-980. doi: 10.11999/JEIT190360
Gang WANG, Yun FENG, Shiwei LU, Runnian MA. Virus Propagation Model and Security Performance Optimization Strategy of Multi-operating System Heterogeneous Network[J]. Journal of Electronics & Information Technology, 2020, 42(4): 972-980. doi: 10.11999/JEIT190360
Citation: Gang WANG, Yun FENG, Shiwei LU, Runnian MA. Virus Propagation Model and Security Performance Optimization Strategy of Multi-operating System Heterogeneous Network[J]. Journal of Electronics & Information Technology, 2020, 42(4): 972-980. doi: 10.11999/JEIT190360

多操作系統(tǒng)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的病毒傳播模型和安全性能優(yōu)化策略

doi: 10.11999/JEIT190360
基金項(xiàng)目: 國家自然科學(xué)基金(61573017)
詳細(xì)信息
    作者簡介:

    王剛:男,1976年生,教授,博士,碩士生導(dǎo)師,主要研究方向?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)空間安全和復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)

    馮云:男,1996年生,碩士生,研究方向?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)空間安全

    陸世偉:男,1995年生,碩士生,研究方向?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)空間安全

    馬潤年:男,1963年生,教授,博士,碩士生導(dǎo)師,主要研究方向?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)空間安全和復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)

    通訊作者:

    王剛 wglxl@nudt.edu.cn

  • 中圖分類號(hào): TP393.08

Virus Propagation Model and Security Performance Optimization Strategy of Multi-operating System Heterogeneous Network

Funds: The National Nature Science Foundation of China (61573017)
  • 摘要:

    針對(duì)蠕蟲病毒通常只能感染特定操作系統(tǒng)的特點(diǎn),該文研究了多操作系統(tǒng)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中的病毒傳播規(guī)律及安全性能優(yōu)化策略。首先,考慮多數(shù)病毒僅限在同種操作系統(tǒng)之間的鏈路中傳播,在SIRS病毒傳播模型中引入異構(gòu)邊比例參數(shù),通過系統(tǒng)平衡點(diǎn)求解和基本再生數(shù)分析,研究異構(gòu)邊對(duì)單系統(tǒng)病毒傳播和網(wǎng)絡(luò)安全性能的影響。其次,按照動(dòng)態(tài)目標(biāo)防御思想和技術(shù),設(shè)計(jì)了非異構(gòu)邊隨機(jī)中斷、非異構(gòu)邊隨機(jī)重連和單操作系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)隨機(jī)跳變3種網(wǎng)絡(luò)安全優(yōu)化策略,分析了3種策略下異構(gòu)邊比例和基本再生數(shù)的變化及其對(duì)網(wǎng)絡(luò)安全性能的影響。最后仿真驗(yàn)證了病毒傳播模型的正確性和3種策略的網(wǎng)絡(luò)安全性能優(yōu)化效果,同隨機(jī)中斷和隨機(jī)隔離策略對(duì)比,分析其對(duì)網(wǎng)絡(luò)安全性能和網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)承載能力的影響。

  • 圖  1  多操作系統(tǒng)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)及其子網(wǎng)絡(luò)

    圖  2  多操作系統(tǒng)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中病毒傳播的SIRS模型

    圖  3  β=0.01時(shí)不同網(wǎng)絡(luò)中病毒傳播情況

    圖  4  鏈路調(diào)整前后網(wǎng)絡(luò)中病毒傳播情況

    圖  5  非異構(gòu)邊隨機(jī)中斷、非異構(gòu)邊隨機(jī)重連和隨機(jī)中斷效果對(duì)比

    圖  6  單操作系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)隨機(jī)跳變策略對(duì)網(wǎng)絡(luò)中病毒傳播的影響

    圖  7  隨機(jī)隔離、單操作系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)隨機(jī)跳變效果對(duì)比

    圖  8  100次重復(fù)試驗(yàn)中節(jié)點(diǎn)跳變優(yōu)化前后網(wǎng)絡(luò)平均度變化

    表  1  非異構(gòu)邊隨機(jī)中斷表

     輸入:初始網(wǎng)絡(luò)G,斷開邊的比例${p_{\rmq7j3ldu95}}$;
     輸出:優(yōu)化后的網(wǎng)絡(luò)${{G}}'$;
     (1) 為網(wǎng)絡(luò)中的邊加權(quán),其中異構(gòu)邊權(quán)重為1,非異構(gòu)邊權(quán)重為2;
     (2) 采用Prime表以網(wǎng)絡(luò)中度最大的節(jié)點(diǎn)為起點(diǎn)生成網(wǎng)絡(luò)G的最
       小生成樹G1及其子圖G2;
     (3) 隨機(jī)刪除G2中數(shù)量為${p_{\rmq7j3ldu95}}({M_1} + {M_2})$的連接相應(yīng)操作系統(tǒng)的邊;
     (4) 將G1G2整合得到優(yōu)化后的網(wǎng)絡(luò)${{G}}'$。
    下載: 導(dǎo)出CSV

    表  2  非異構(gòu)邊隨機(jī)重連表

     輸入:初始網(wǎng)絡(luò)G,重連邊的比例${p_{\rmq7j3ldu95}}$;
     輸出:優(yōu)化后的網(wǎng)絡(luò)${{G}}'$;
     (1) 為網(wǎng)絡(luò)中的邊加權(quán),其中異構(gòu)邊權(quán)重為1,非異構(gòu)邊權(quán)重為2;
     (2) 采用Prime表以網(wǎng)絡(luò)中度最大節(jié)點(diǎn)為起點(diǎn)生成網(wǎng)絡(luò)G的最小
       生成樹G1及其補(bǔ)圖G2
     (3) 隨機(jī)刪除G2中數(shù)量為${p_{\rmq7j3ldu95}}({M_1} + {M_2})$的連接相應(yīng)操作系統(tǒng)的邊;
     (4) 在網(wǎng)絡(luò)G2中增添數(shù)量為${p_{\rmq7j3ldu95}}({M_1} + {M_2})$的邊,用于連接網(wǎng)絡(luò)中
       不同操作系統(tǒng)類型的節(jié)點(diǎn);
     (5) 將G1G2整合得到優(yōu)化后的網(wǎng)絡(luò)${{G}}'$。
    下載: 導(dǎo)出CSV

    表  3  單操作系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)隨機(jī)跳變算法

     輸入:初始網(wǎng)絡(luò)G,目標(biāo)比例${p_j}$;
     輸出:優(yōu)化后的網(wǎng)絡(luò)G;
     (1) 隨機(jī)選取網(wǎng)絡(luò)中的相應(yīng)操作系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)Ni,改變其操作系統(tǒng)類型;
     (2) 統(tǒng)計(jì)網(wǎng)絡(luò)中相應(yīng)操作系統(tǒng)比例${p_1}$,若${p_1} < {p_j}$,則進(jìn)行步驟(3),
       否則重復(fù)步驟(1)、步驟(2);
     (3) 輸出網(wǎng)絡(luò)G。
    下載: 導(dǎo)出CSV

    表  4  數(shù)學(xué)模型及網(wǎng)絡(luò)演化結(jié)果對(duì)比

    數(shù)學(xué)模型平衡點(diǎn)位置網(wǎng)絡(luò)演化穩(wěn)態(tài)均值方差
    無標(biāo)度網(wǎng)絡(luò)${P_0}(333.1,0,666.9)$337.1,0,662.918.10,0,18.10
    小世界網(wǎng)絡(luò)${P_0}(333.1,0,666.9)$332.9,0,667.114.50,0,14.50
    P2P網(wǎng)絡(luò)${P_0}(1816,0,3624)$1834.1,0,3603.922.41,0,22.40
    下載: 導(dǎo)出CSV
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  • 加載中
圖(8) / 表(4)
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出版歷程
  • 收稿日期:  2019-05-22
  • 修回日期:  2019-12-09
  • 網(wǎng)絡(luò)出版日期:  2019-12-20
  • 刊出日期:  2020-06-04

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