一種社區(qū)網(wǎng)絡(luò)的層次病毒免疫方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種社區(qū)網(wǎng)絡(luò)的層次病毒免疫方法，包括以下步驟：獲取社區(qū)網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；對(duì)獲得的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進(jìn)行社區(qū)劃分，劃分后分別得到社區(qū)層和用戶層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；依據(jù)社區(qū)層和用戶層的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)確定每一個(gè)社區(qū)的免疫節(jié)點(diǎn)數(shù)目；而后，利用本發(fā)明定義的能夠更恰當(dāng)表述病毒傳播動(dòng)力過(guò)程的SIRSR模型，分別對(duì)社區(qū)層和用戶層的社區(qū)獨(dú)立或者同時(shí)地進(jìn)行病毒免疫，對(duì)于社區(qū)層采用圖遍歷的方法進(jìn)行病毒免疫，用戶層采用目標(biāo)免疫方法進(jìn)行病毒免疫。本發(fā)明解決了當(dāng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)復(fù)雜時(shí)，目標(biāo)免疫無(wú)法獲知全網(wǎng)結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)，同時(shí)也可以分布式地對(duì)多個(gè)社區(qū)進(jìn)行病毒免疫，實(shí)現(xiàn)快速完成免疫，降低病毒產(chǎn)生的危害。
【專利說(shuō)明】-種社區(qū)網(wǎng)絡(luò)的層次病毒免疫方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于網(wǎng)絡(luò)安全【技術(shù)領(lǐng)域】，更具體地，涉及一種社區(qū)網(wǎng)絡(luò)的層次病毒免疫方 法。

【背景技術(shù)】
[0002] 病毒傳播帶來(lái)的巨大傷害，使得病毒免疫方法的研究一直處于熱點(diǎn)狀態(tài)。有報(bào)告 顯示，僅2008年，計(jì)算機(jī)病毒在全球造成的經(jīng)濟(jì)損失就高達(dá)85億。為了盡可能的減小病毒 傳播產(chǎn)生的危害，更加高效的病毒免疫方法需要被設(shè)計(jì)和提出?，F(xiàn)有的最常見(jiàn)的病毒免疫 方法有：隨機(jī)免疫方法、目標(biāo)免疫方法和熟人免疫方法。隨機(jī)免疫方法隨機(jī)地從網(wǎng)絡(luò)中挑選 節(jié)點(diǎn)進(jìn)行免疫，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單但效率比較低，代價(jià)比較大，僅適用于分布較為均勻的網(wǎng)絡(luò)。目標(biāo) 免疫方法改進(jìn)隨機(jī)免疫，針對(duì)網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)，有目的性的挑選某些節(jié)點(diǎn)進(jìn)行免疫，免疫效果明顯 好于隨機(jī)免疫，但需要獲取整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的全局信息。熟人免疫方法為了克服目標(biāo)免疫方法需 要獲取網(wǎng)絡(luò)全局信息的缺點(diǎn)，首先隨即選擇一些節(jié)點(diǎn)，然后根據(jù)這些節(jié)點(diǎn)來(lái)選擇其他節(jié)點(diǎn) 來(lái)進(jìn)行免疫，但免疫效果差于目標(biāo)免疫方法。
[0003] 盡管現(xiàn)有的病毒免疫方法也能較好的防御病毒傳播，但這些方法存在以下問(wèn)題：
[0004] 第一，大部分的病毒免疫方法缺乏對(duì)當(dāng)前流行的社區(qū)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)特性的研究，少數(shù) 考慮了社區(qū)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的方法需要獲取整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的全局信息；
[0005] 第二，對(duì)病毒傳播特性的描述不完全符合網(wǎng)絡(luò)病毒的傳播特性；
[0006] 第三，不能夠較好的適應(yīng)當(dāng)前的大數(shù)據(jù)時(shí)代，對(duì)復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)免疫效率差，不支 持并行處理。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種社區(qū)網(wǎng)絡(luò)的層次病毒免疫方 法，旨在解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，并使得病毒免疫方法能夠更好地運(yùn)用社區(qū)網(wǎng)絡(luò)的特 性，更加快速和有效地完成免疫病毒，從而盡可能地降低病毒傳播帶來(lái)的危害，同時(shí)該方法 支持分布式運(yùn)行，在時(shí)間性能上也可以優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)。
[0008] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種社區(qū)網(wǎng)絡(luò)的層次病毒免疫方法，包括以下步 驟：
[0009] (1)獲取社區(qū)網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；
[0010] (2)對(duì)獲得的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進(jìn)行社區(qū)劃分：劃分得到的所有社區(qū)組成用戶層網(wǎng)絡(luò)結(jié) 構(gòu)，社區(qū)之間的連接節(jié)點(diǎn)組成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，即為社區(qū)層的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；
[0011] (3)依據(jù)每一個(gè)社區(qū)的感染節(jié)點(diǎn)數(shù)目和社區(qū)的生命力，確定所有社區(qū)免疫時(shí)的免 疫節(jié)點(diǎn)數(shù)目；
[0012] (4)依據(jù)SIRSR模型描述的病毒的傳播引起的狀態(tài)變化和節(jié)點(diǎn)狀態(tài)，對(duì)社區(qū)層采 取圖遍歷的免疫方法進(jìn)行病毒防御；
[0013] (5)依據(jù)SIRSR模型描述的節(jié)點(diǎn)狀態(tài)和病毒傳播過(guò)程中引起的狀態(tài)變化，以及社 區(qū)的初始免疫節(jié)點(diǎn)數(shù)目，對(duì)用戶層的每一個(gè)社區(qū)同時(shí)分布式的利用目標(biāo)免疫方法進(jìn)行病毒 防御；
[0014] 其中，步驟（4)和步驟（5)的運(yùn)行順序?yàn)椋翰襟E（4)需早于步驟（5)運(yùn)行，或者最 晚與步驟（5)同時(shí)運(yùn)行。
[0015] 本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，步驟（2)中的社區(qū)劃分方法采用現(xiàn)有的靜態(tài)社區(qū)劃分方 法，對(duì)所述網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進(jìn)行社區(qū)劃分后得到社區(qū)網(wǎng)絡(luò)的層次結(jié)構(gòu)：一層為所有獨(dú)立社區(qū)組成 的用戶層；另一層為用戶層所有社區(qū)邊界節(jié)點(diǎn)組成的社區(qū)層。
[0016] 本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述SIRSR模型用于描述病毒傳播過(guò)程中可能出現(xiàn)的狀 態(tài)以及狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系，其中：
[0017] 所述SIRSR模型包括三個(gè)狀態(tài)：第一個(gè)是易感染狀態(tài)S ;第二個(gè)是感染狀態(tài)I ;第 三個(gè)是免疫狀態(tài)R ;
[0018] 假設(shè)易感染個(gè)體在單位時(shí)間內(nèi)被某個(gè)感染個(gè)體感染的概率為λ，感染個(gè)體或者易 感染個(gè)體被某個(gè)免疫狀態(tài)個(gè)體免疫的概率為μ，則三個(gè)狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系可表述為：易 感染狀態(tài)個(gè)體以概率μ被某個(gè)免疫狀態(tài)個(gè)體免疫，若未被免疫，再以概率λ被某個(gè)感染狀 態(tài)個(gè)體感染；感染狀態(tài)個(gè)體以概率μ被某個(gè)免疫狀態(tài)個(gè)體免疫，或者最終不可避免的走向 死亡；免疫狀態(tài)個(gè)體是獲得免疫能力的個(gè)體或者死亡的個(gè)體，不具有傳染性，也不會(huì)被再次 感染；因此，該模型描述的病毒傳播過(guò)程可用微分方程表示如下：

【權(quán)利要求】
1. 一種社區(qū)網(wǎng)絡(luò)的層次病毒免疫方法，其特征在于，包括以下步驟： (1) 獲取社區(qū)網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)； (2) 對(duì)獲得的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進(jìn)行社區(qū)劃分：劃分得到的所有社區(qū)組成用戶層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，社 區(qū)之間的連接節(jié)點(diǎn)組成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，即為社區(qū)層的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)； (3) 依據(jù)每一個(gè)社區(qū)的感染節(jié)點(diǎn)數(shù)目和社區(qū)的生命力，確定所有社區(qū)的初始免疫節(jié)點(diǎn) 數(shù)目； (4) 依據(jù)SIRSR模型描述的病毒的傳播引起的狀態(tài)變化和節(jié)點(diǎn)狀態(tài)，對(duì)社區(qū)層采取圖 遍歷的免疫方法進(jìn)行病毒防御； (5) 依據(jù)SIRSR模型描述的節(jié)點(diǎn)狀態(tài)和病毒傳播過(guò)程中引起的狀態(tài)變化，以及社區(qū)的 初始免疫節(jié)點(diǎn)數(shù)目，對(duì)用戶層的每一個(gè)社區(qū)同時(shí)分布式的利用目標(biāo)免疫方法進(jìn)行病毒防 御； 其中，步驟（4)和步驟（5)的運(yùn)行順序?yàn)椋翰襟E（4)需早于步驟（5)運(yùn)行，或者最晚與 步驟（5)同時(shí)運(yùn)行。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟（2)中對(duì)所述網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進(jìn)行社區(qū) 劃分后得到社區(qū)網(wǎng)絡(luò)的層次結(jié)構(gòu)為：一層為所有獨(dú)立社區(qū)組成的用戶層；另一層為用戶層 所有社區(qū)邊界節(jié)點(diǎn)組成的社區(qū)層。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述SIRSR模型用于描述病毒傳播過(guò) 程中可能出現(xiàn)的狀態(tài)以及狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系，其中： 所述SIRSR模型包括三個(gè)狀態(tài)：第一個(gè)是易感染狀態(tài)S ;第二個(gè)是感染狀態(tài)I ;第三個(gè) 是免疫狀態(tài)R ; 假設(shè)易感染個(gè)體在單位時(shí)間內(nèi)被某個(gè)感染個(gè)體感染的概率為λ，感染個(gè)體或者易感染 個(gè)體被某個(gè)免疫狀態(tài)個(gè)體免疫的概率為μ，則三個(gè)狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系可表述為：易感染 狀態(tài)個(gè)體以概率μ被某個(gè)免疫狀態(tài)個(gè)體免疫，若未被免疫，再以概率λ被某個(gè)感染狀態(tài) 個(gè)體感染；感染狀態(tài)個(gè)體以概率μ被某個(gè)免疫狀態(tài)個(gè)體免疫，或者最終不可避免的走向死 亡；免疫狀態(tài)個(gè)體是獲得免疫能力的個(gè)體或者死亡的個(gè)體，不具有傳染性，也不會(huì)被再次感 染；因此，該模型描述的病毒傳播過(guò)程可用微分方程表示如下： -=Xsi - μι dt d -=-Asi - us < dt ； d · ---JUl + fiS dt 、i(0) = i〇, s<0) = 5·。，r(0) = r〇 設(shè)α = λ / μ，~ 1,則有i和s的關(guān)系式如下： In i + ai - In s - as- + In - + a ； so 因此，病毒不大規(guī)模爆發(fā)的條件為：s < ι/a。當(dāng)S < 1/a時(shí)，i(t)單調(diào)減至0 ;當(dāng)s > 1/ a時(shí)，i⑴先增加后減少至0 ; 其中，S和s(t)均表示t時(shí)刻易感染狀態(tài)節(jié)點(diǎn)的數(shù)目；i和i (t)均表示t時(shí)刻感染狀 態(tài)節(jié)點(diǎn)的數(shù)目；S(0)和S(l均表示初始0時(shí)刻易感染狀態(tài)節(jié)點(diǎn)的數(shù)目；i(0)和L均表示初 始〇時(shí)刻感染狀態(tài)節(jié)點(diǎn)的數(shù)目。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述步驟（4)具體包括； (4. 1)獲取所有感染社區(qū)； (4. 2)獲取所有感染的社區(qū)的所有邊界節(jié)點(diǎn)組成集合A ; (4. 3)將集合A中那些僅與感染社區(qū)連接的節(jié)點(diǎn)除去，剩余邊界節(jié)點(diǎn)組成集合B ; (4. 4)獲取所有非感染社區(qū)中與感染社區(qū)連接的邊界節(jié)點(diǎn)，組成集合C ; (4. 5)若集合B中節(jié)點(diǎn)數(shù)目少于或等于集合C的節(jié)點(diǎn)數(shù)目，根據(jù)所述SIRSR模型中三個(gè) 狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系，免疫B中所有節(jié)點(diǎn)；否則，根據(jù)所述SIRSR模型中三個(gè)狀態(tài)之間的轉(zhuǎn) 化關(guān)系，免疫C中節(jié)點(diǎn)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述步驟（5)具體包括： (5. 1)獲取社區(qū)中所有未感染節(jié)點(diǎn)Si，S2，…，Sv ; (5. 2)將Si，S2，…，Sv按度從大到小排列，根據(jù)所述SIRSR模型中三個(gè)狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)化 關(guān)系，采訪所述前個(gè)度大的節(jié)點(diǎn)A，％，'、#丨，進(jìn)行免疫，其中所述-\為第i個(gè)社區(qū)的 初始免疫節(jié)點(diǎn)數(shù)目； (5. 3)對(duì)每一個(gè)免疫節(jié)點(diǎn)氏，以概率μ免疫其相鄰的非免疫節(jié)點(diǎn)； (5. 4)對(duì)每一個(gè)感染節(jié)點(diǎn)Ip以概率λ感染其連接的易感染節(jié)點(diǎn)； (5. 5)循環(huán)執(zhí)行步驟（5. 3)和（5. 4)，直到該社區(qū)感染節(jié)點(diǎn)的數(shù)目為0。
【文檔編號(hào)】H04L12/58GK104091123SQ201410304211
【公開(kāi)日】2014年10月8日 申請(qǐng)日期:2014年6月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月27日
【發(fā)明者】付才, 李敏, 韓蘭勝, 劉銘, 崔永泉, 湯學(xué)明, 駱婷 申請(qǐng)人:華中科技大學(xué)