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多操作系统异构网络的病毒传播模型和安全性能优化策略

王刚 冯云 陆世伟 马润年

王刚, 冯云, 陆世伟, 马润年. 多操作系统异构网络的病毒传播模型和安全性能优化策略[J]. 电子与信息学报, 2020, 42(4): 972-980. doi: 10.11999/JEIT190360
引用本文: 王刚, 冯云, 陆世伟, 马润年. 多操作系统异构网络的病毒传播模型和安全性能优化策略[J]. 电子与信息学报, 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

多操作系统异构网络的病毒传播模型和安全性能优化策略

doi: 10.11999/JEIT190360
基金项目: 国家自然科学基金(61573017)
详细信息
    作者简介:

    王刚:男,1976年生,教授,博士,硕士生导师,主要研究方向为网络空间安全和复杂网络

    冯云:男,1996年生,硕士生,研究方向为网络空间安全

    陆世伟:男,1995年生,硕士生,研究方向为网络空间安全

    马润年:男,1963年生,教授,博士,硕士生导师,主要研究方向为网络空间安全和复杂网络

    通讯作者:

    王刚 wglxl@nudt.edu.cn

  • 中图分类号: 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:

    针对蠕虫病毒通常只能感染特定操作系统的特点,该文研究了多操作系统异构网络中的病毒传播规律及安全性能优化策略。首先,考虑多数病毒仅限在同种操作系统之间的链路中传播,在SIRS病毒传播模型中引入异构边比例参数,通过系统平衡点求解和基本再生数分析,研究异构边对单系统病毒传播和网络安全性能的影响。其次,按照动态目标防御思想和技术,设计了非异构边随机中断、非异构边随机重连和单操作系统节点随机跳变3种网络安全优化策略,分析了3种策略下异构边比例和基本再生数的变化及其对网络安全性能的影响。最后仿真验证了病毒传播模型的正确性和3种策略的网络安全性能优化效果,同随机中断和随机隔离策略对比,分析其对网络安全性能和网络业务承载能力的影响。

  • 图  1  多操作系统异构网络及其子网络

    图  2  多操作系统异构网络中病毒传播的SIRS模型

    图  3  β=0.01时不同网络中病毒传播情况

    图  4  链路调整前后网络中病毒传播情况

    图  5  非异构边随机中断、非异构边随机重连和随机中断效果对比

    图  6  单操作系统节点随机跳变策略对网络中病毒传播的影响

    图  7  随机隔离、单操作系统节点随机跳变效果对比

    图  8  100次重复试验中节点跳变优化前后网络平均度变化

    表  1  非异构边随机中断表

     输入:初始网络G,断开边的比例${p_{\rm{d}}}$;
     输出:优化后的网络${{G}}'$;
     (1) 为网络中的边加权,其中异构边权重为1,非异构边权重为2;
     (2) 采用Prime表以网络中度最大的节点为起点生成网络G的最
       小生成树G1及其子图G2
     (3) 随机删除G2中数量为${p_{\rm{d}}}({M_1} + {M_2})$的连接相应操作系统的边;
     (4) 将G1G2整合得到优化后的网络${{G}}'$。
    下载: 导出CSV

    表  2  非异构边随机重连表

     输入:初始网络G,重连边的比例${p_{\rm{d}}}$;
     输出:优化后的网络${{G}}'$;
     (1) 为网络中的边加权,其中异构边权重为1,非异构边权重为2;
     (2) 采用Prime表以网络中度最大节点为起点生成网络G的最小
       生成树G1及其补图G2
     (3) 随机删除G2中数量为${p_{\rm{d}}}({M_1} + {M_2})$的连接相应操作系统的边;
     (4) 在网络G2中增添数量为${p_{\rm{d}}}({M_1} + {M_2})$的边,用于连接网络中
       不同操作系统类型的节点;
     (5) 将G1G2整合得到优化后的网络${{G}}'$。
    下载: 导出CSV

    表  3  单操作系统节点随机跳变算法

     输入:初始网络G,目标比例${p_j}$;
     输出:优化后的网络G
     (1) 随机选取网络中的相应操作系统节点Ni,改变其操作系统类型;
     (2) 统计网络中相应操作系统比例${p_1}$,若${p_1} < {p_j}$,则进行步骤(3),
       否则重复步骤(1)、步骤(2);
     (3) 输出网络G
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    表  4  数学模型及网络演化结果对比

    数学模型平衡点位置网络演化稳态均值方差
    无标度网络${P_0}(333.1,0,666.9)$337.1,0,662.918.10,0,18.10
    小世界网络${P_0}(333.1,0,666.9)$332.9,0,667.114.50,0,14.50
    P2P网络${P_0}(1816,0,3624)$1834.1,0,3603.922.41,0,22.40
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2019-05-22
  • 修回日期:  2019-12-09
  • 网络出版日期:  2019-12-20
  • 刊出日期:  2020-06-04

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